کشف جدید درباره ستارگان اولیه| اولین ستارگان چگونه متولد شدند؟
رویداد۲۴| سیما صابری: نگاه کردن به گذشته در عمق زمان و فضا اسرار شکل‌گیری جهان را فاش می‌کند. در این مطلب توضیح داده می‌شود که چگونه بشر به درک منشاء اولین ستارگان در جهان رسید.
اخیراً مشاهدات تلسکوپ جیمز وب (JWST) از کهکشان‌های بسیار دور که رکوردهای جدیدی را به ثبت رسانده، تیتر خبرها شده است. این کهکشان‌های اولیه که به نظر ما تنها نقاط قرمز محوی هستند، آن‌قدر روشن و عظیم‌اند که درک ما از شکل‌گیری کهکشان‌ها و فیزیک جهان اولیه را به چالش کشیدند.
به گزارش ساینس فوکس، آخرین شگفتی جیمز وب می‌تواند اولین نشانه مستقیم از وجود ستاره‌هایی مانند تیرانوسوروس رکس باشد. آنچه اهمیت دارد این است که طیف یکی از این کهکشان‌های دور نشان‌دهنده مقادیر زیادی کربن است که بسیار بیشتر از آن چیزی است که می‌توانست از طریق فرآیندهای ستاره‌ای شناخته شده شکل گیرد.
بیشتر بخوانید: چالشی جدید برای قانون تکامل داروین| اکسیژن تاریک کف اقیانوس‌ها تکامل را به چالش کشید
به نظر می‌رسد که اولین ستارگانی که در کیهان شکل گرفتند، موجوداتی عظیم و ناآشنا بوده‌اند و به نظر می‌رسد که این میزان کربن اضافی ممکن است فسیلی از بقایای آن موجودات ناآشنا باشد.
چه چیزی باعث می‌شود که ستارگان اولیه این‌قدر عجیب باشند؟
به گزارش رویداد۲۴ نسل اول ستارگان در شرایطی شکل گرفتند که جهان هنوز پر از گرد و غبار و عناصر سنگین نشده بود. آن زمانی بود که کیهان ساده و پاک بود و به همین دلیل، تشکیل ستارگان بسیار دشوارتر بود.
در اصل، دستورالعمل ساخت یک ستاره فهرست بسیار کوتاهی از مواد اولیه دارد: گاز هیدروژن.
ساده‌ترین توصیف یک ستاره این است که یک توپ عظیم از هیدروژن است که با همجوشی هسته‌ای که توسط گرما و فشار گرانش آن ستاره، مقدار زیادی از هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کند. در واقع از سبک‌ترین عنصر به عنصر بعدی.
ستارگان بزرگ‌تر می‌توانند عناصر دیگری را نیز در هسته خود بسوزانند، اما همه آن‌ها به یک شکل شروع می‌شوند. ستاره زمانی متولد می‌شود که همجوشی هیدروژن در هسته آن آغاز شود.
لازم به ذکر است که جمع کردن و فشرده‌سازی گاز به اندازه‌ای که مشتعل شود، به طرز شگفت‌آوری دشوار است. مشکل این است که برای جمع کردن گاز به مقدار کافی برای اشتعال و تشکیل ستاره، ابتدا باید آن را به طرز تناقض‌آمیزی سرد کنید!
دمای یک گاز تعیین می‌کند که ذرات تشکیل‌دهنده آن (اتم‌ها یا مولکول‌ها) با چه سرعتی در حال حرکت هستند. چیزهای سرد به آرامی حرکت می‌کنند و چیزهای گرم با سرعت بالا. تصور کنید که شما یک مربی تیم ورزشی هستید و تلاش می‌کنید گروهی از کودکان هیجان‌زده را جمع کنید. تا زمانی که با سرعت بالا در حال دویدن هستند، هرگز نمی‌توانند در یک گروه جمع شوند. در نتیجه ابتدا باید همه آن‌ها را کند کنید.
در تشکیل ستاره، ما با مشکل مشابهی روبرو هستیم. تا زمانی که مقدار زیادی گاز به فشارها و دماهای بسیار بالا در هسته یک ستاره متراکم فشرده شود، همجوشی هسته‌ای شروع نخواهد شد اما برای جمع کردن آن گاز، ابتدا باید آن را نسبتاً سرد کنید.
ستارگان چگونه متولد می‌شوند؟
برای ستارگانی که امروز می‌بینیم، این اتفاق عمدتاً با استفاده از گرد و غبار انجام می‌شود. ابرهای گاز و گرد و غبار در قسمت‌های متراکم‌تر کهکشان جمع شده و شروع به جاذبه به سمت هم می‌کنند. همانطور که مولکول‌ها برخورد می‌کنند و به هم می‌خورند، به جای اینکه مانند توپ‌های بیلیاردی فقط به اطراف پرتاب شوند، برخی از آن‌ها می‌توانند موقتاً انرژی برخورد را به صورت درونی ذخیره کنند.
در برخی موارد، این بدان معناست که برخورد باعث لرزش یا انعطاف مولکول مانند یک فنر جهنده می‌شود. در موارد دیگر، این امر ممکن است به این معنا باشد که الکترون‌های اتم یا مولکول به حالت‌های انرژی بالاتر تحریک می‌شوند.
در هر صورت، دو اتم یا مولکول می‌توانند بعد از برخورد کندتر از قبل حرکت کنند و می‌توانند بعداً انرژی ذخیره شده را به صورت تابش به کیهان آزاد کنند. نتیجه نهایی این است که ابر کمی سردتر می‌شود و ذرات گاز جهنده کمی آرام‌تر می‌شوند. این فرایند ادامه می‌یابد تا زمانی که گاز به اندازه کافی متراکم شود تا یک ستاره تشکیل دهد.
اولین ستارگان چگونه متولد شدند؟
مشکل این داستان این است که مهم‌ترین مولکول‌های خنک‌کننده یعنی آن‌هایی که بهترین توانایی ذخیره و آزادسازی انرژی را دارند، در زمان تشکیل اولین ستارگان وجود نداشتند. در آن زمان، جهان تماماً از هیدروژن و هلیوم و فقط مقدار کمی لیتیوم تشکیل شده بود که همه در اولین دقایق از پیدایش کیهان شکل گرفته بودند.
همه عناصر سنگین‌تر ازجمله کربن و نیتروژن و اکسیژن و اجزای آن گرد و غبار نرم فقط می‌توانند در داخل ستارگان یا در انفجارهای ابرنواختری در پایان عمر آن‌ها شکل بگیرند! بنابراین، اولین ستارگان اصلاً چگونه توانستند شکل بگیرند؟
در واقع ممکن است که گاز تنها با هیدروژن خنک شود، اما بسیار کمتر کارآمد است و زمان بیشتری می‌برد چراکه هیدروژن خالص در ذخیره و بازتابش انرژی خیلی خوب نیست.
انتظار عمومی در میان ستاره‌شناسان این است که اولین ستارگان بسیار بزرگ‌تر از ستارگانی بودند که امروزه وجود دارند زیرا هنگامی که نمی‌تواند به خوبی خنک شود برای فشردن گاز به نیروی جاذبه بیشتری نیاز است.
وقتی آن ستارگان عظیم به پایان عمر خود رسیدند، به صورت ابرنواختر منفجر شده‌اند و به طرز دراماتیکی محیط اطراف خود را برای اولین بار با عناصر سنگین پر کردند. این روند پر کردن جدول تناوبی با عناصر سنگین‌تر را آغاز کرد و تشکیل ستارگان بعدی، مانند خورشید ما، را بسیار آسان‌تر کرد. این همچنین امکان وجود سیارات سنگی و در نهایت، ما را فراهم کرد.
همانطور که JWST به ما دیدگاه‌های جدیدی از دورترین کهکشان‌های کیهان می‌دهد، ما بیشتر و بیشتر درباره فیزیک در محیط‌های ناآشنا و همچنین درباره منشأ خود در کیهان می‌آموزیم.
اگرچه ممکن است هنوز شاهد دایناسورهای کیهانی نباشیم، اما داریم استخوان‌های آن‌ها را بررسی می‌کنیم، ردپای آن‌ها را مطالعه می‌کنیم و هر روز بیشتر یاد می‌گیریم که چگونه مرگ آن‌ها زندگی ما را ممکن ساخت.
