دلایل عدم بر جای گذاشتن اثری از نخستین ستاره‌های کیهانی چیست؟
بنا بر یافته‌های اخیر پژوهشگران، نسل نخست ستاره‌ها با چالش‌هایی قابل توجه مواجه بودند. این اجرام آسمانی در شرایطی پرآشوب و درون این ابرهای عظیم گازی متولد شدند که با سرعت‌های پنج برابر سرعت صوت در حال چرخش و تلاطم‌های فراصوت بودند.
این احتمال وجود دارد که نخستین ستاره‌های عالم بسیار کوچکتر از آنچه که پیش‌تر تصور می‌شد، باشند و این وضعیت نوعی توضیح برای فقدان آثار آن‌ها در جهان امروز محسوب می‌شود.
طبق گزارش لایوساینس، یک شبیه‌سازی که این مطالعه جدید بر مبنای آن انجام شده بود، نشان می‌دهد که گازها به صورت توده‌های گرد هم آمده، که خود نویدبخش ظهور ستاره‌هایی جدید به نظر می‌رسند. این ابر سرانجام با تلاطم از هم می‌پاشد و به تکه‌هایی تقسیم می‌شود که می‌توانند حالت خوشه‌های ستاره‌ای در آستانه ظهور را بگیرند. به تدریج، ابر گازی شرایط نهایی را برای ایجاد ستاره‌ای با جرمی هشت برابر خورشید ما فراهم می‌آورد.
یافته‌ها بیانگر آن است که نسل نخست ستاره‌های ابرغول در تاریخ کهکشان‌ها ممکن است در قالب شبکه‌های ستاره‌ای شکل گرفته باشند.
«که-جونگ چن» (Ke-Jung Chen)، پژوهشگر ارشد و کارشناس در «مؤسسه نجوم و اخترفیزیک آکادمیا سینیکا» (ASIAA) در تایوان، بیان داشته که در پی تلاطم‌های فراصوت، ابر به توده‌های کوچک‌تری تقسیم می‌شود و این پروسه زمینه‌ساز شکل‌گیری چندین ستاره کم‌جرم‌تر خواهد بود.
این مطالعه به ما بصیرتی ارزشمند در مورد تاریخچه اولیه‌مان ارائه می‌دهد و از این طریق می‌توانیم درک بهتری از منشأ کهکشان‌ها و منظومه شمسی خود به دست آوریم. چن ابراز کرده که این ستاره‌ها نقش اساسی در شکل‌گیری کهکشان‌های اولیه ایفا کرده‌اند که در نهایت تبدیل به سامانه‌هایی مانند کهکشان راه شیری ما شده‌اند. مشاهدات جدید با این مدل تازه می‌توانند به پیشبرد مطالعات در زمینه تولد ستاره‌ها و شکل‌گیری کهکشان‌ها کمک کنند و بر پایه مدل‌های کامپیوتری و «تلسکوپ فضایی جیمز وب» (JWST) ناسا این فرآیندها را تحلیل نمایند.
شبیه‌سازی کیهان
پژوهشگران با بهره‌گیری از کد شبیه‌سازی «گیزمو» (Gizmo) که به بررسی پدیده‌های نجومی مختلف از جمله سیاهچاله‌ها و میدان‌های مغناطیسی اختصاص دارد، درک تازه‌ای از ستاره‌های اولیه به دست آورده‌اند. هدف از این تحقیق بررسی شرایط حاکم در کیهان چند صد میلیون سال پس از «مه‌بانگ» (Big Bang) بود که حدود ۱۳/۸ میلیارد سال پیش حادث شد. این شبیه‌سازی بر روی ناحیه‌ای خاص با توجه به مقیاس وسیع عالم متمرکز شد و ساختار متراکمی را بازتاب می‌دهد که چیزی در حدود ۱۰ میلیون برابر جرم خورشید ما وجود دارد و به نام «مینی‌هاله ماده تاریک» (dark matter minihalo) شناخته می‌شود.
اکثریت ماده کیهان ما را ماده تاریک تشکیل می‌دهد، اما چون با نور تعامل ندارد، قابل مشاهده با تلسکوپ‌ها نیست. با این حال، می‌توانیم از طریق تأثیر گرانشی آن بر دیگر اجرام، وجودش را استنباط کنیم. محققان بررسی کردند که ذرات گاز چگونه در فضاهای کوچک درون هاله حرکت می‌کنند، هر ناحیه‌ای به میزان تقریبی سه سال نوری عرض دارد. شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که «مینی‌هاله ماده تاریک» با جذب گاز از طریق گرانش، باعث ایجاد تلاطم‌های خارجی و تجمع ابر گازی می‌شود و بدین ترتیب، خشونت بخشی از روایت شکل‌گیری ستاره‌های اولیه محسوب می‌شود.
تصاویری از شبیه‌سازی‌های ساختار عظیم مینی‌هاله ماده تاریک که گاز را در محیطی با سرعت‌های مافوق صوت و پرآشوب نشان می‌دهد، ارائه شده است.
این شرایط پرتلاطم عوارض جانبی دیگری نیز دارد. تعداد ستاره‌های بزرگ و اولیه‌ای که وجود داشته‌اند کمتر از آن چیزی است که پیش‌تر برآورد می‌شد. تحقیقات قبلی مؤید این موضوع بودند که عکس‌العمل نشان داده شده می‌تواند وجود ستاره‌های اولیه‌ای با جرم بیش از ۱۰۰ برابر خورشید تواند. در نهایت، این اجرام اساسی به صورت ابرنواختر منفجر می‌شدند و ردی از خود بر جای می‌گذاشتند که به ستاره‌های جدیدتر امکان می‌داد تا این بقایا را جذب کنند. با این حال، نسل جدید ستاره‌ها هیچ نشانه شیمیایی از اجرام ابرغول اولیه درون خود ندارند، و این نشان می‌دهد که نسل نخست ستاره‌های عظیم به احتمال قوی نادرتر از آنچه تصور شده‌اند، بوده است.
این تیم هنوز به کار خود ادامه می‌دهد. آن‌ها در حال حاضر از هاله‌های ماده تاریک برای بررسی اثرات کلی تلاطم فراصوت در کیهان اولیه استفاده می‌کنند، به‌ویژه زمانی که نخستین ستاره‌ها در دوران به نام «سپیده‌دم کیهانی» (cosmic dawn) که بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش واقع شده، شکل می‌گرفتند.
چن تصریح کرد که این تحقیق بخشی از تلاش مشترک برای درک «سپیده‌دم کیهانی» از طریق مطالعه شکل‌گیری و تغییرات اولیه ستاره‌هاست. مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌های آینده امکان دارد که شامل بررسی میدان‌های مغناطیسی نیز باشد. در حال حاضر، مشاهده می‌شود که در کهکشان‌ها، تلاطم‌های فراصوت می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را تقویت کرده و بر فرآیند شکل‌گیری ستاره تأثیر بگذارند. به احتمال زیاد، مغناطیس نیز در تشکیل ستاره‌ها در دوران کهن کیهانی به اندازه‌ای مهم بوده است.
این تحقیق در نشریه Astrophysical Journal Letters منتشر گشته است.
