به نقل از اس‌ای، اخترفیزیکدانانی که با تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) کار می‌کنند، مقدار شگفت انگیزی از فلز را در یک کهکشان جوان که تنها ۳۵۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ شکل گرفته است، یافته‌اند.

اما این کشف چگونه با درک ما از جهان مطابقت پیدا می‌کند؟

منشاء پیدایش اولین فلزات کیهان یک سوال اساسی در اخترفیزیک است. اندکی پس از مه‌بانگ (Big Bang)، جهان تقریباً به طور کامل از هیدروژن که ساده‌ترین عنصر جهان است، تشکیل شده بود. همچنین مقدار کمی هلیوم، مقدار کمتری لیتیوم و احتمالاً مقدار بی‌نهایت اندکی بریلیم وجود داشته است؛ بنابراین وقتی به جدول تناوبی عناصر نگاه می‌کنید، آن‌ها چهار عنصر اول هستند.

گفتنی است که در نجوم به تمام عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم «فلز» گفته می‌شود. فلزات تنها در ستاره‌ها تولید می‌شوند، نه در هیچ جای دیگر. البته به جز مقدار ناچیزی که توسط خود مه‌بانگ تولید شده است.

ردیابی شکل‌گیری فلزات کیهان از مه‌بانگ تاکنون، یکی از جستجو‌های اساسی اخترفیزیک است.

فلزی بودن یا فلزینگی، یک مفهوم اساسی در مطالعه و شناخت ما از جهان است. بدون فلزات، سیارات سنگی نمی‌توانند تشکیل شوند. زندگی هم نمی‌تواند بروز یابد. در طول نسل‌های متوالی ستارگان، فلزی بودن کیهان افزایش یافته است؛ بنابراین یک مسیر زیربنایی وجود دارد که از اولین فلزات سرچشمه می‌گیرد و مستقیماً به ما منتهی می‌شود.

مطالعه کهکشان‌های باستانی یکی از جستجو‌های اولیه تلسکوپ فضایی جیمز وب است. برنامه «بررسی پیشرفته عمیق فراکهکشانی جیمز وب» (JADES) منطقه‌ای از آسمان را به دنبال کهکشان‌های کم‌نور و اولیه بررسی می‌کند. جیمز وب با نگاهی به کهکشان‌های اولیه کیهان در زمان بسیار دور در حال روشن کردن فلزات باستانی است.

اکنون گروهی از پژوهشگران که روی رصد‌های برنامه JADES کار می‌کنند، یک کهکشان را که تنها ۳۵۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ تشکیل شده، بررسی کردند و در آن کربن پیدا کردند. آن‌ها همچنین ممکن است اکسیژن و نئون و همه فلزات در نجوم را نیز پیدا کرده باشند.

یافته‌های آن‌ها در مقاله جدیدی که نویسنده اصلی آن فرانچسکو دی‌یوجنیو اخترفیزیکدان موسسه کیهان‌شناسی کاولی در کمبریج است، منتشر شده است.

اولین ستاره‌هایی که در کیهان شکل گرفتند، ستارگان «جمعیت III» نامیده می‌شوند. آن‌ها کهن‌ترین ستارگان هستند و پرجرم، درخشان و داغ بوده‌اند و تقریباً هیچ فلزی نداشتند. مقدار ناچیزی از فلزاتی که آن‌ها در اختیار داشتند از اولین ابرنواختر در میان تعدادی از آن‌ها موجود بود.

بسیاری از دانش ما در مورد ستارگان «جمعیت III» نظری است، زیرا مشاهده این ستاره‌های باستانی در کهکشان‌های باستانی بسیار دشوار است. اما جیمز وب قادر به انجام این کار است. این تلسکوپ نمی‌تواند ستارگان را به صورت جداگانه ببیند، اما ابزار قدرتمند طیف‌نگار فروسرخ نزدیک (NIRSpec) آن می‌تواند عناصر مختلف کهکشان را با نشانه‌های نوری آن‌ها تشخیص دهد.

این پژوهش جدید بر اساس یک کهکشان در نزدیک طلوع کیهانی، یک دوره حساس در تاریخ کیهان انجام شده است. هنگامی که پژوهشگران مشاهدات جیمز وب را مطالعه کردند، مقدار غیرمنتظره‌ای کربن را در این کهکشان کشف کردند.

پژوهشگران توضیح دادند: این دورترین تشخیص انتقال فلز و دورترین تشخیص انتقال به سرخ از طریق خطوط انتشار است. این همچنین دورترین شواهد غنی‌سازی شیمیایی است که تا به امروز کشف شده است.

این تشخیص مستقیماً با درک ما از ستارگان «جمعیت III» بدون فلز مرتبط می‌شود.

اگر جیمز وب وجود ستاره‌های بکر و بدون فلز «جمعیت III» را تشخیص داده باشد، این خبر بزرگی است. این توانایی دیگری از این تلسکوپ فضایی قدرتمند را نشان می‌دهد که بهترین توضیحات ما را در مورد کیهانی که در اطراف خود می‌بینیم، تغییر می‌دهد.

البته این کشف جدید جیمز وب چندان تکان دهنده نیست، چرا که وجود ستاره‌های «جمعیت III» نظری بوده است و با توجه به هر چیز دیگری که در مورد کیهان می‌دانیم، وجود آن‌ها منطقی بود. اما وجود ستاره‌های «جمعیت III» تاکنون هرگز قطعیت نداشت و جیمز وب توانست صحت وجود آن‌ها را اثبات کند.

هنگامی که چیزی شبیه به این کشف می‌شود، دانشمندان تلاش می‌کنند تا هر توضیح ممکن دیگری را برای آنچه می‌بینند، در نظر بگیرند. آیا آن‌ها واقعاً کربن را در ستارگان این کهکشان دوردست و باستانی می‌بینند؟ یا ممکن است چیز دیگری پشت این انتشارات باشد؟

این کهکشان باستانی چیزی بیش از ستارگان در خود دارد. چرا که خانه یک سیاهچاله کلان جرم یا ابرسیاهچاله نیز هست. هنگامی که یک ابرسیاهچاله از ماده تغذیه می‌کند، می‌تواند به صورت یک هسته فعال کهکشانی (AGN) درخشان شعله‌ور شود و این سیگنال نوری می‌تواند همان چیزی باشد که جیمز وب دیده است.

پژوهشگرن توضیح می‌دهند: علاوه بر این، یک ابرسیاه‌چاله برافزایشی در این کهکشان شناسایی شده است که نشان می‌دهد این فراوانی شیمیایی عجیب ممکن است در درجه اول با منطقه هسته‌ای آن مرتبط باشد.

منبع بالقوه دیگری از کربن در این کهکشان وجود دارد. آن‌ها «ستاره‌های شاخه مجانبی غول‌ستاره» (AGB) - هستند. ستاره‌های AGB ستاره‌های انفجاری بزرگی مانند اجداد ابرنواختر نیستند، اما ستاره‌های بزرگی هستند که دنباله اصلی را ترک کرده‌اند. در مقایسه با ابرنواخترها، ستارگان AGB فلزات را به آرامی تولید می‌کنند.

اما زمان زیادی طول می‌کشد تا یک ستاره به یک ستاره AGB تبدیل شود. زمانی که کیهان تنها ۳۵۰ میلیون سال سن داشت، هیچ ستاره‌ای آنقدر عمر نکرده بود که به AGB تبدیل شود.

نویسندگان می‌گویند: ستارگان AGB نمی‌توانند در غنی‌سازی کربن در این دوره‌های اولیه کمک کنند.

در نهایت، پژوهشگران کشف کربن را گزارش می‌کنند، اما نمی‌توانند دقیقاً به ما بگویند که این کربن از کجا آمده است. آن‌ها می‌گویند که این کربن‌ها ممکن است میراث نسل اول ابرنواختر‌ها از اجداد جمعیت III باشند.

جیمز وب برای دیدن این کهکشان اولیه از تمام توانایی خود استفاده کرده است. پژوهشگران توضیح می‌دهند: این تشخیص دورترین انتقال فلز که چنین اطلاعات گرانبهایی را در مورد مراحل اولیه غنی‌سازی شیمیایی ارائه کرده است، مستلزم قرار گرفتن در معرض رصد بسیار طولانی است و ۶۵ ساعت از زمان جیمز وب برای جمع‌آوری این داده‌ها به دلیل کم‌نوری شدید این کهکشان طول کشید.

حتی با وجود صرف آن همه زمان برای رصد، پژوهشگران فقط می‌توانند به توضیحی آزمایشی برای این فلزینگی که شاهد آن هستند، برسند. استفاده از ۶۵ ساعت از زمان جیمز وب برای مطالعه طیف‌سنجی کهکشان چندان کاربردی نیست، اما این کاری است که جیمز وب برای این نوع طیف‌سنجی دقیق باید انجام دهد. این البته ممکن است در آینده تغییر کند.

پژوهشگران می‌گویند: با این حال، در آینده، بررسی‌های مناطق بزرگ و همگرایی گرانشی ممکن است به شناسایی کهکشان‌های با جابه‌جایی بالا به سرخ کمک کند که برای پیگیری طیف‌سنجی عمیق با نوردهی‌های کوتاه‌تر به اندازه کافی روشن هستند.

اگر این اتفاق بیفتد، اخترفیزیکدانان حجم نمونه بزرگتری خواهند داشت و با در دست داشتن این داده‌های ارزشمند، شاید آن‌ها بتوانند به توضیح محکم‌تری برای این یافته شگفت‌انگیز برسند.