کهن‌سال‌ترین و درخشان‌ترین اختروش‌های جهان چگونه به‌وجود آمدند؟

اختروش‌ها که مانند فانوس‌های کیهانی در ساحلی با فاصله‌ی ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین می‌درخشند، از کهن‌ترین و درخشان‌ترین یادگارهای جهان آغازین هستند که امروزه ستاره‌شناسان آن‌ها را کشف کرده‌اند. اختروش مخفف «منبع رادیویی شبه‌ستاره‌ای» و سیاه‌چاله‌ای عظیم است که به‌اندازه‌ی کهکشان‌ها درخشش دارد و میلیون‌‌ها تا میلیاردها برابر سنگین‌تر از خورشید است.

امروزه اختروش‌ها در مرکز بسیاری از کهکشان‌های بزرگ وجود دارند و به‌لطف درخشش استثنایی‌شان در فضازمان ردیابی می‌شوند؛ به‌طوری‌که تاکنون ۲۰۰ عدد از آن‌ها در فاصله‌ی چندمیلیارد سال پس از آغاز جهان کشف شده‌اند.

حال، چگونه چنین اجرام سنگینی در فاصله‌ی کمی از تولد کیهان شکل گرفتند، آن‌هم زمانی که کهکشان‌ها بسیار کم‌جمعیت و ستاره‌های عظیم به‌شدت کمیاب بودند؟ از زمان کشف اولین اختروش‌ها، این پرسش بیش از دو دهه است که ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده است و حالا پژوهشی جدید که در تاریخ ۶ جولای در مجله‌ی Nature منتشر شد، می‌تواند پاسخی به آن باشد.

پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی کامپیوتری شکل‌گیری ستاره‌ها در جهان آغازین را مدل‌سازی کردند. آنان بر یکی از ترکیب‌های کمیاب تمرکز کردند که در آن دو جریان متلاطم گاز سرد با یکدیگر برخورد کردند. با اینکه جریان‌های گازی شکل‌دهنده‌ی ستاره‌ها مانند بخش‌های مختلف کیهان امروزه با یکدیگر برخورد می‌کنند، ابرهای طبیعی یا ذخایر برخورد دو جریان در چندمیلیارد سال پس از بیگ‌بنگ کمیاب بودند؛ به‌همین‌دلیل، این اجرام به یکی از حوزه‌های وسوسه‌انگیز، اما گیج‌کننده‌ی پژوهش‌ها تبدیل شدند.

شبیه‌سازی ابرکامپیوتری نشان می‌دهد ستاره‌های سنگین (قرمز) در ابری از گازهای کهن در حال شکل‌گیری هستند

براساس شبیه‌سازی‌ها، دو توده‌ی عظیم از گازهای ستاره‌ای طی میلیون‌ها سال در مرکز این جریان‌ها انباشته شدند؛ اما در کمال شگفتی پژوهشگران، این توده‌ها بر‌خلاف مدل‌های قبلی جهان آغازین، به ستاره‌هایی در ابعاد عادی تبدیل نشدند. دنیل والن، سخنران ارشد کیهان‌شناسی در دانشگاه پورتسماوث انگلستان، درباره‌ی این موضوع می‌گوید:

جریان‌های سرد باعث ایجاد تلاطم در ابر گازی شدند و همین مسئله مانع از شکل‌گیری ستاره‌های عادی شد، تا جایی که ابر به‌قدری سنگین می‌شود که تحت وزن خود دچار فروپاشی می‌شود و دو ستاره‌ی غول‌‌پیکر آغازین را به‌وجود می‌آورد. یکی از ستاره‌ها ۳۰ هزار برابر جرم خورشیدی و دیگری ۴۰ هزار برابر بود.

این سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر احتمالاً حین رشد نوسان‌های فضا زمانی موسوم به امواج گرانشی را از خود منتشر کرده‌اند. همچنین، ممکن است دانشمندان این امواج را در دهه‌های آینده با استفاده از رصد‌خانه‌هایی خاص کشف کنند و بر نتایج شبیه‌سازی صحه بگذارند.

پژوهش حاضر در‌صورت تأیید می‌تواند آغازی انقلابی بر نگرش شکل‌گیری ستاره‌ها در جهان آغازین باشد. پژوهش‌های گذشته نشان می‌دهند ستاره‌های بزرگ آغازین احتمالاً در محیط‌های پرتلاطمی شکل گرفته‌اند که در آن‌ها نیروهای خارجی از جمله پرتوهای شدید فرابنفش مانع از شکل‌گیری ستاره‌های کوچک‌تر می‌شدند. بااین‌حال، شبیه‌سازی جدید نشان می‌دهد وجود چنین‌ محیط‌هایی ضرورت ندارد.

هسته‌ی اختروش‌ها می‌توانند به‌صورت طبیعی شکل بگیرند و در این هسته‌ها است که جریان‌های کمیاب گازهای سرد با یکدیگر برخورد می‌کنند. والن درپایان می‌افزاید: «اولین سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم پیامد طبیعی شکل‌گیری ساختارهای جهان آغازین یا فرزندان تاروپود کیهانی بودند.»