تلسکوپ فضایی جیمز وب با رصد دقیقترین نمونههای کهکشانهای دورافتاده، فاش کرده است که کیهان نخستین چگونه با غبار و ذرات سنگین پر شد. این غبار که در نگاه اول ساده به نظر میرسد، مادهٔ اولیه برای زایش ستارگان جدید و در نهایت شکلگیری کهکشانهای امروزی است. اما رصد مستقیم این کهکشانهای نوزاد همواره با چالشهای فاصله و تاریکی روبهرو بوده است.
تیم پژوهشی بهسرپرستی کلودیو گاوتی از مؤسسهٔ ملی اخترفیزیک ایتالیا، با بهرهگیری از دادههای این تلسکوپ، راهکاری هوشمندانه برای عبور از این محدودیتها پیدا کرد. آنها با تمرکز بر یک کهکشان کوتوله نسبتاً نزدیک به نام «سکستانای» که در فاصلهٔ ۴٫۶ میلیون سال نوری قرار دارد، شرایط شیمیایی مشابه جهانِ اولیه را بازسازی کردند.
سکستانای: کلید فهم کیهان نوزاد
جهان در میلیاردها سال نخست، سرشار از هیدروژن و هلیوم بود و عناصر سنگین یا «فلزات» در نجوم به ندرت دیده میشدند. نسل اول ستارگان که POP III نامیده میشوند، فاقد این عناصر بودند. اما در طول عمر خود، هستههای این ستارگان هیدروژن و هلیوم را به عناصر سنگینتر تبدیل کردند. وقتی این ستارگان به پایان چرخهٔ خود رسیدند، در انفجارهای ابرنواختر منفجر شدند و این مواد را در فضای میانستارهای پراکنده کردند.
این فرآیند، نسل دوم ستارگان (POP II) را با غلظت بیشتری از فلز به وجود آورد و در نهایت خورشید ما بهعنوان یک ستارهٔ نسل سوم (POP I) متولد شد. اما سکستانای هنوز به غلظت فلزی خورشید نرسیده است. ترکیب این کهکشان کهکشان کوتوله تنها ۱ تا ۷ درصد عناصر سنگینِ خورشید را دارد و دقیقاً مانند یک کپسولِ زمانی، شرایط شیمیایی کهکشانهای اولیه جهان را شبیهسازی میکند.
پیدایش کارخانههای غبار در اعماق کیهان
پژوهشگران با استفاده از دوربینهای NIRCam و MIRI تلسکوپ جیمز وب، نقشهای دقیق از ستارگانِ سکستانای در مرحلهای به نام «شاخهٔ غولهای مجاّنَب» تنظیم کردند. این مرحله زمانی است که ستارههایی بزرگتر از خورشید، هلیومِ هستهٔ خود را مصرف کرده و تنها یک قلبِ کربنی بیاثر بر جای میگذارند. همزمان، ترکیبِ عناصر در لایههای بیرونی ادامه مییابد و باعث انبساط شدیدِ ستاره و افزایش هزاربرابری درخشندگی آن میشود.
یافتههای این تیم نشان داد که حدود ۹۰ درصد از این ستارگان فاقد پوششِ غبار هستند. اما نکتهٔ شگفتآور در مورد ۲۰ ستارهای نهفته است که در پوستههایِ ضخیمِ غبار محصور شدهاند. محاسبات نشان میدهد این «کارخانههای غبار» بین ۲ تا ۳ میلیارد سال پیش از ستارگانی با جرمی حدود ۱٫۵ برابرِ خورشید زاده شدهاند. این کشف به ستارهشناسان کمک میکند تا فرآیندِ غنیسازیِ شیمیاییِ کیهان را با دقتِ بسیار بیشتری مدلسازی کنند.
تأثیر این پژوهش بر آیندهٔ کاوشهای فضایی
فلویا دلاگلی، عضوِ دیگرِ تیم علمی، بر قابلیتِ مقایسهایِ این دادهها با مدلهایِ نظری تأکید کرد. ارزشِ این مشاهدات فراتر از تصاویر خیرهکننده است و مستقیماً به سنجشِ صحتِ نظریههایِ تکاملِ ستارگان کمک میکند. نتایجِ این مطالعه روز دوشنبهٔ ۲۰ ژوئیه در مجلهٔ معتبرِ اخترفیزیک به چاپ رسید و افقهایِ جدیدی را پیشِ روی پژوهشگرانِ حوزهٔ کیهانشناسی گشوده است.
با پیشرفتِ مداومِ ابزارهایِ نسلِ جدیدِ فضایی، تواناییِ ما برای ردیابیِ مسیرِ تشکیلِ عناصر تا اولین لحظاتِ پیدایشِ کیهان روزبهروز دقیقتر میشود. کشفِ این کارخانههایِ غبارساز تنها یک قطعهٔ دیگر از پازلِ بزرگی است که نشان میدهد جهانِ امروزیِ ما مدیونِ فرآیندهایِ پیچیده و دینامیکی است که میلیاردها سال پیش آغاز شد و هنوز هم ادامه دارد.
