ما واقعاً به حساسیت JWST نیاز داشتیم. همچنین برای بهدست آوردن بزرگنمایی صد برابری توسط عدسی گرانشی یک خوشهٔ گالاکسی واقع بین ما و LAP1‑B نیاز داشتیم.
ستارهشناسان کشف کردهاند که تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) ممکن است پیش از این نسل نخستین ستارگان متولد چند لحظه پس از انفجار بزرگ را یافته باشد.
این ستارگان اولیه که به عنوان جمعیت III یا ستارگان POP III شناخته میشوند، در کهکشانی به نام LAP1‑B ساکناند که پیشتر توسط تلسکوپ فضایی ۱۰ میلیارد دلاری مورد بررسی قرار گرفته بود. نور این کهکشان به مدت ۱۳ میلیارد سال در فضا پیموده تا به JWST برسد؛ به این معنا که ما LAP1‑B را همانگونه میبینیم که فقط ۸۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ بوده است.
یکی از دانشمندان مشارکتکننده در این کشف میگوید این شاید اولین باری باشد که چنین ستارگان کهن را مشاهده کردهایم. اگر واقعاً ستارگان LAP1‑B از نوع POP III باشند، این نخستین شناسایی این ستارگان اولیه است، رهبر تیم، ایلی ویسبال از دانشگاه تولیدو، به Space.com گفت. برای کشف ستارگان POP III ما بهواقع به حساسیت JWST نیاز داشتیم و همچنین به بزرگنمایی صد برابری توسط عدسی گرانشی خوشهٔ گالاکسیی میان ما و LAP1‑B.
این کهکشان آنقدر دور است که تنها بهکمک پدیدهای که نخستین بار توسط آلبرت اینشتین در نظریهٔ نسبیت عام ۱۹۱۵ پیشبینی شد، به چشم میآمد، حتی برای بینایی زیرمجموعه مادونقرمز بسیار حساس JWST نیز. این پدیده که به عنوان عدسی گرانشی شناخته میشود، توصیفکنندهٔ بزرگنمایی نور یک شیء دوردست از طریق انحراف فضا توسط یک جرم واسط است. عدسی گرانشی که LAP1‑B را بزرگنمایی کرده، خوشهٔ گالاکسی عظیمی است که بین زمین و LAP1‑B قرار دارد و در فاصلهٔ حدود ۴.۳ میلیارد سال نوری قرار دارد، به نام MACS J0416.1‑2403 (MACS0416).
شناسایی نخستین ستارگان جهان
JWST، کهکشانی به نام LAP1‑B را همانگونه میبیند که در دورهای از جهان به نام «دوره بازآیونی» وجود داشته است؛ دورهای که در آن نور ماورایبنفسجی ستارگان و کهکشانهای نخستین، گاز خنثی هیدروژن و هلیوم را به گاز باردار فوقگرما به نام پلاسما تبدیل میکند. به همین دلیل، این دوره پایان «عصر تاریک کیهانی» را نشان میدهد.
بهنظر میرسد این ستارگان POP III پیش از این دوره شکل گرفتهاند؛ تقریباً ۲۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ، زمانی که جهان بهحد کافی گسترش یافته و سرد شد تا الکترونها و پروتونها بتوانند اولین اتمهای هیدروژن، سبکترین عنصر کیهان، را تشکیل دهند.
در مدل استاندارد کیهانشناسی، ستارگان POP III در ساختارهای بسیار کوچک مادهٔ تاریک شکل میگیرند که بلوکهای سازندهٔ کهکشانهای بزرگتر هستند، ویسبال گفت. بنابراین، آنها به ما دربارهٔ اولیهترین مراحل تشکیل و تکامل کهکشانها میآموزند. همچنین ممکن است ویژگیهای مادهٔ تاریک را محدود کنند، زیرا مدلهای جایگزین مادهٔ تاریک بر مکانهای نخستین شکلگیری آنها تأثیر میگذارند.
این به این معناست که ستارهشناسان مشتاق شناسایی ستارگان POP III بودهاند، اما این نسل نخستین اجرام ستارهای تاکنون سختدستیابی بوده است.
ستارگان POP III بهدلیل شکلگیری عمدتاً در زمانهای اولیه، بسیار دور و در خوشههای کوچک یافت میشوند، ویسبال گفت. این مسأله باعث میشود که آنها بسیار کمنور باشند.
زیرا ستارگان POP III در زمانی شکل گرفتند که جهان تقریباً فقط شامل هیدروژن و هلیوم بود، با کمی عناصر سنگینتر (که ستارهشناسان به آنها «فلزات» میگویند)، نسل نخستین ستارگان باید نسبت به ستارگان امروزی «پربار از فلزات» مانند خورشید (یک ستاره POP I) بهدلیل کمفلزی بودن، برجسته باشند.
این کمفلزی بودن تأثیر دیگری بر ستارگان POP III داشته است؛ باعث شده تا به جرمهای عظیمی معادل صد برابر وزن خورشید یا حتی بیشتر برسند. علاوه بر این، بهنظر میرسد ستارگان POP III بهدلیل جرمهای وسیع خود، در گروههای نسبتاً کوچک خوشهبندی میشوند.
شبیهسازیها نشان میدهند که چون گاز اولیه کمتر از گاز حاوی عناصر سنگین مانند کربن و اکسیژن سرد میشود، تجزیه گاز در طول تشکیل ستارگان کمتر اتفاق میافتد، ویسبال گفت. این امر منجر میشود که ستارگان POP III نسبت به ستارگان پربار از فلزات جرم بیشتری داشته باشند؛ شاید جرمهای معمول آنها حدود صد برابر وزن خورشید باشد.
در واقع، تیم دریافت کرد که ستارگان در LAP1‑B توسط گازی با ردهای بسیار کم از فلزات احاطه شدهاند و بهنظر میرسد در گروههایی با مجموع حدود ۱٬۰۰۰ جرم خورشیدی قرار دارند.
این دستاوردها همچنین نشان میدهند که عدسی گرانشی میتواند روشی مؤثر برای جستجوی ستارگان POP III بیشتر در زمانهای اولیه یا در سرخشناسیهای بالا باشد.
تا زمانی که محاسبه را انجام ندادیم، فکر میکردم مدل ما نشان میدهد که ستارگان POP III در ردهٔ قرمز ۶.6 بسیار کمپراکندهاند تا بتوان در بخشی به شدت بزرگنماییشده از یک عدسی گرانشی آنها را یافت. خوشحال شدم که متوجه شدم محاسبه ما نشان داد که آنها بهاندازه کافی فراوان هستند تا بتوان پشت یک خوشهٔ مانند MACSJ0416 آنها را مشاهده کرد، ویسبال خلاصه کرد. گام بعدی این است که شبیهسازیهای هیدرودینامیکی دقیقتری از تحول از ستارگان POP III به POP II (دومین نسل ستارگان کیهان) انجام دهیم تا ببینیم آیا آنها با طیف LAP‑1B و اجسام مشابه منطبق هستند یا خیر.
تحقیقات تیم در اواخر اکتبر در The Astrophysical Journal Letters منتشر شد.