"اثر انگشتی" که از آغاز کیهان بر ستارگان باستانی مرکز کهکشان مانده

* یک گروه از اخترشناسان به رهبری پژوهشگران دانشگاه کمبریج و دانشگاه ملی استرالیا، برخی از پیرترین ستارگان کهکشان راه شیری را یافته اند که می توانند سرنخ هایی کلیدی درباره ی کیهان آغازین را در خود نگه داشته باشند، از جمله نشانه هایی درباره ی چگونگی مرگ نخستین ستارگان.

این ستارگان که میلیاردها سال در ژرفای دل کهکشان بوده اند، مقدار بی‌اندازه کمی فلز در خود دارند: یکی از آن ها کم-فلزترین ستاره ایست که تاکنون در مرکز کهکشانمان یافته شده. این ستارگان همچنین دارای اثر انگشت هایی شیمیایی هستند که نشان می دهد احتمالا نخستین ستارگان کهکشان، دچار مرگی شگفت انگیز به نام "فرانواختر" شده بوده اند، انفجاری که ده برابر پرانرژی تر از ابرنواخترهای معمولی بوده. این یافته ها که در نشریه ی نیچر منتشر شده است، می تواند در شناخت میزان دگرگونی کیهان در ۱۳.۷ میلیارد سال گذشته به دانشمندان کمک کند.

همنهش (ترکیب) شیمیایی این ستارگان باستانی نشانگر انفجارهای بسیار سهمگینی به نام فرانواختر است.

اخترشناسان چند دهه تلاش کرده اند تا دریابند جهان هستی اندکی پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) چگونه بوده است- برای رسیدن به این هدف، آشنایی با چگونگی پیدایش نخستین ستارگان و کهکشان ها موضوعی کلیدی است. در حالی که برخی از اخترشناسان برای گره گشایی از این راز، نگاهشان را به میلیاردها سال نوری دورتر از کهکشان دوخته اند، برخی دیگر درون کهکشان خودمان و مرکز آن را می کاوند.

اگر تاکنون از جایی تاریک به آسمان شب نگریسته باشید، احتمالا مرکز کهکشان راه شیری را دیده اید. میلیاردها ستاره در کهکشان ما وجود دارد و اخترشناسان علاقمند به یافتن پیرترین ها و پی بردن به همنهش شیمیایی و جابجایی آن ها هستند.

اندکی پس از مهبانگ، سرتاسر کیهان تنها از هیدروژن، هلیوم، و مقدار کمی لیتیوم درست شده بود. همه ی عنصرهای دیگر، مانند اکسیژنی که با آن نفس می کشیم یا سدیمی که در خمیردندان هایمان است، در دل ستارگان یا به هنگام مرگ ابرنواختری آن ها درست شدند. همین باعث شده اخترشناسان به جستجوی ستارگان بی‌اندازه کم-فلز بپردازند: ستارگانی انباشته از هیدروژن، ولی با مقدار بسیار اندکی از عنصرهای دیگر. [خواندید: * چرا می گویند "ما از مواد ستاره ای ساخته شده ایم"؟]

گمان بر این بوده که نخستین ستارگان در مرکز کهکشان ساخته شدند، جایی که اثرهای گرانشی در بیشترین اندازه است. ولی پس از چند دهه جستجو، اخترشناسان دریافتند که محتوای فلزی بیشتر ستارگان مرکز کهکشان راه شیری همانند ستارگان نزدیک تر به خودمانست. با آن که ستارگان مرکز کهکشان حدود هفت میلیارد سال پیرتر از خورشید ما هستند، ولی باز هم به اندازه ی کافی پیر نیستند تا برای پی بردن به شرایط کیهان آغازین به ما کمک کنند.

اکنون گویا اخترشناسان با بهره از تلسکوپ هایی در استرالیا و شیلی توانسته اند به راهکاری برای یافتن پیرترین ستارگان کهکشان دست یابند. ستاره هایی که محتوای فلزی پایینی دارند کمی آبی تر از دیگر ستارگانند: این یک تفاوت کلیدی است که می تواند برای غربالگری میلیون ها ستاره در مرکز کهکشان به کار رود.

این دانشمندان با بهره از عکس هایی که با تلسکوپ اسکای مپر (SkyMapper) دانشگاه استرالیا گرفته شده بود توانستند ۱۴۰۰۰ ستاره را برگزینند تا به کمک یک طیف نگار بر روی تلسکوپی بزرگ تر، آن ها را با دقت بیشتری نگاه کنند. یک طیف نگار نور را ستاره را تجزیه می کند (بسیار همانند یک منشور) و از این راه به اخترشناسان اجازه می دهد تا بررسی های پرجزییات تری انجام دهند.

۲۳ گزینه ی نخست آنان همگی ستارگانی بسیار کم-فلز بودند، و در نتیجه این پژوهشگران به سراغ یک تلسکوپ بزرگ تر در بیابان آتاکامای شیلی رفتند. آنان با بهره از این داده ها ۹ ستاره با محتوای فلزی کمتر از یک هزارم خورشید شناسایی کردند، از جمله یکی با مقدار فلز یک ده هزارم خورشید که رکورد کم-فلزترین ستاره ی مرکز کهکشان را از آن خود کرد.

دکتر اندرو کیسی از بنیاد اخترشناسی کمبریج، و یکی از نویسندگان این پژوهش می گوید: «اگر می توانستیم همه ی آهن های خورشید را بفشاریم و به اندازه ی یک مشت خودمان کنیم، آهن برخی از این ستارگان به اندازه ی یک سنگریزه می شد. این ها گونه هایی بسیار بسیار متفاوت از ستارگانند.»

با این حال، دانستن این که این ستاره ها مقدار کمی فلز دارند برای مطمئن شدن از این که در آغاز کیهان به دنیا آمده اند بسنده نمی کرد. شاید آن ها ستارگانی باشند که در زمانی بسیار دیرتر در بخش های کم چگال کهکشان ساخته شده و تازه به مرکز کهکشان رسیده اند. برای جدا کردن این احتمال ها، پژوهشگران فاصله ها را اندازه گرفتند و با بهره از سنجش های دقیق از جابجایی این ستارگان در آسمان، مسیر آن ها و جایی که در گذشته بوده و جایی که اکنون می خواهند بروند را پیش بینی کردند.

آنان دریافتند که برخی از این ستارگان تازه پا به مرکز کهکشان گذاشته اند ولی هفت تای آن ها همه ی زندگیشان را در دل کهکشان گذرانده اند. شبیه سازی های رایانه ای نشان می دهد که چنین ستارگانی می بایست در سپیده دم کیهان ساخته شده باشند.

کیسی می گوید: «آنقدر ستاره در مرکز کهکشانمان هست که یافتن این ستارگان کمیاب واقعا مانند یافتن سوزن در انبار کاه است. ولی اگر ما آن ها را به روش درست برگزینیم، مانند اینست که مزعه را کامل بسوزانیم و سوزن ها را با آهنربا برداریم.»

پس از این که نخستین ستارگان کهکشان مُردند، یک شناسه ی شیمیایی در نسل بعدی ستارگان، یعنی همین ستارگانی که در این پژوهش از آن ها گفته شده به جا گذاشتند. این اثر انگشت های شیمیایی نشان می دهند که نخستین ستارگان کهکشان احتمالا دستخوش مرگی چشمگیر و تماشایی به نام فرانواختر شده بوده اند، انفجاری که ده برابر پرانرژی تر از یک ابرنواختر معمولیست. از این نظر آن ها یکی از پرانرژی ترین چیزهای کیهان بوده، و بسیار با گونه هایی از انفجار ستاره ای که امروزه می بینیم تفاوت داشتند.

کیسی می گوید: «این پژوهش وجود ستارگان باستانی در مرکز کهکشان را تایید می کند. ردپای شیمیایی که در این ستارگان به جا مانده به ما درباره ی روزگاری از تاریخ کیهان می گوید که بدون کمک این ردپا هیچ دسترسی‌ای به آن نداشتیم. جهان هستی شاید در آغاز بسیار متفاوت بوده، ولی هیچ کس نمی داند چقدر متفاوت، ما دیگر واقعا باید به دنبال شمار بیشتری از این ستاره ها بگردیم: سوزن هایی بیشتر در انبار کاهی بزرگ تر.»

در همین زمینه: * مرگ شگفت انگیز ستارگان باستانی * کشف ردپای یکی از نخستین ستارگان کیهان در یک ستاره پیر 

واژه نامه:

University of Cambridge - Australian National University - star - galaxy - Milky Way - metal - fingerprints - hypernova - supernova - Nature - Big Bang - hydrogen - helium - lithium - oxygen - sodium - toothpaste - element - Sun - ANU - SkyMapper telescope - spectrograph - prism - Atacama desert - Andrew Casey - Cambridge's Institute of Astronomy

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان