جهان آغازین مملو از ستاره‌هایی به اندازه ۱۰ هزار برابر خورشید بود

بر اساس پژوهشی جدید، اولین ستاره‌های کیهان تا بیش از ۱۰ هزار برابر جرم خورشید رشد کردند و ۱۰۰۰ برابر بزرگ‌تر از بزرگ‌ترین ستاره‌های کنونی بودند. امروزه جرم بزرگ‌ترین ستاره‌ها، ۱۰۰ جرم خورشیدی است؛ اما جهان آغازین فضایی عجیب‌تر با ستاره‌های غول‌پیکر بود که به‌سرعت زندگی می‌کردند و در سن جوانی می‌مردند. با مرگ این الماس‌های درخشان، دیگر هرگز شرایط شکل‌گیری آن‌ها فراهم نشد.

بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش و در فاصله‌ی نه‌چندان طولانی از بیگ‌بنگ، جهان هیچ ستاره‌ای نداشت. به‌طوری‌که تنها سوپی گرم از گاز خنثی وجود داشت که کاملا از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بود. درطول صدها میلیون سال این گاز خنثی به توپ‌های متراکمی از ماده تبدیل شد. این دوره عصر تاریکی کیهان نامیده می‌شود.

در جهان کنونی، توپ‌های متراکم ماده به‌سرعت به ستاره‌ تبدیل می‌شوند زیرا جهان مدرن چیزی دارد که جهان آغازین از آن محروم بود: تعداد زیادی عنصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم. این عناصر از نظر انتشار پرتو و انرژی بسیار بهینه عمل می‌کنند. به‌این‌ترتیب این توده‌های متراکم به‌سرعت از هم می‌پاشند و به چگالی کافی برای آغاز همجوشی هسته‌ای می‌رسند. در این فرآیند، انرژی ستاره‌ها با ترکیب عناصر سبک‌تر و تبدیل آن‌ها به عناصر سنگین‌تر تأمین می‌شود.

اما تنها راه رسیدن به عناصر سنگین‌تر استفاده از فرآیند همجوشی یکسان است. نسل‌های متعدد شکل‌گیری، همجوشی و مرگ ستاره‌ها باعث شکل‌گیری کیهان کنونی شدند. اولین نسل ستاره‌ها بدون توانایی انتشار گرما می‌بایست تحت شرایط متفاوت و بسیار دشوارتری شکل می‌گرفتند.

به نوشته لایوساینس، گروهی از ستاره‌شناس‌ها برای درک معمای ستاره‌های آغازین از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیچیده‌ی عصر تاریکی استفاده کردند. آن‌ها یافته‌های خود را در ماه ژانویه در مقاله‌ای منتشر کردند که نسخه‌ی پیش‌انتشار آن‌ها در پایگاه داده‌ی arxiv در دسترس است و برای انتشار در مجله‌ی Monthly Notices تأیید شده است.

پژوهش جدید دارای تمام مواد اولیه‌ و متداول کیهان‌شناسی است: ماده‌ی تاریک برای کمک به رشد کهکشان‌ها، تکامل و فشرده‌‌سازی گاز خنثی و پرتوهایی که می‌توانند گاز را سرد و گاهی مجددا گرم کنند؛ اما پژوهش آن‌ها دارای خصوصیتی است که در پژوهش‌های دیگر وجود ندارد: جبهه‌های سرد یا جریان‌های سریع ماده‌ی سرد که به ساختار‌های موجود برخورد کردند.

بر اساس یافته‌ها، شبکه‌ای پیچیده از برهم‌کنش‌ها آغازگر شکل‌گیری ستاره‌ها بودند. گازهای خنثی متراکم شدند و به شکل توده گرد هم آمدند. هیدروژن و هلیوم مقدار اندکی گرما آزاد کردند که باعث افزایش آهسته‌ی تراکم گازهای خنثی شدند.

اما توده‌های پرتراکم هم به‌تدریج گرم شدند و باعث انتشار تشعشعاتی شدند که از تبدیل گاز خنثی به تعداد زیادی توده‌های کوچک‌تر جلوگیری کردند. به‌این‌ترتیب ستاره‌هایی که از این توده‌ها پدید آمدند به اجرام بسیار عظیمی تبدیل شدند.

برهم‌کنش‌های پیوسته بین گاز خنثی و پرتوها در نهایت به تولید مخازنی عظیم از گاز خنثی انجامید که آغازی برای ظهور اولین کهکشان‌ها بودند. گاز موجود در اعماق این کهکشان‌های اولیه، دیسک‌های برافزایشی چرخان و سریع را تشکیل داد؛ این دیسک‌ها حلقه‌های پرسرعت ماده هستند که اطراف اجرام سنگین مثل سیاه‌چاله‌های کنونی تشکیل می‌شوند.

از طرفی در لبه‌های بیرونی کهکشان‌های اولیه‌، جبهه‌های سرد گازها فرود آمدند. سردترین و سنگین‌ترین جبهه‌ها به کهکشان‌های اولیه نفوذ کردند و به قرص‌ برافزایشی رسیدند. این جبهه‌های سرد به دیسک‌ها برخورد کردند و جرم و چگالی آن‌ها را تا حد مشخصی افزایش دادند و به‌این‌ترتیب اولین ستاره‌ها تشکیل شدند.

اولین ستاره‌ها صرفا کارخانه‌های همجوشی عادی نبودند. بلکه توده‌هایی غول‌پیکر از گاز خنثی بودند که هسته‌های همجوشی آن‌ها به یک‌باره و با نادیده گرفتن مرحله‌ی تبدیل به بخش‌های کوچک‌تر مشتعل شد. به‌این‌ترتیب جرم ستاره‌ی حاصل به شکل سرسام‌آوری افزایش یافت.

اولین ستاره‌ها به شکل چشمگیری درخشان بودند و عمرشان به کمتر از یک میلیون سال می‌رسید؛درحالی‌که ستاره‌های کنونی می‌توانند تا میلیاردها سال زنده بمانند. سپس این ستاره‌ها در انفجارهای عظیم موسوم به ابرنواختر یا سوپرنوا منفجر شدند.

این انفجارها حامل فرآورده‌های واکنش‌ همجوشی داخلی و عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم بودند که به هسته‌ای برای شکل‌گیری ستاره‌های بعدی تبدیل شدند؛ اما فرآیند شکل‌گیری ستاره‌های آغازین که در مراحل بعد با عناصر سنگین‌تر آلوده شده بود دیگر تکرار نشد و آن غول‌های اولیه دیگر هرگز در چشم‌انداز کیهانی پدیدار نشدند.