کشف دورترین ستاره مجرد کیهان

از میلیارد‌ها سال نوری در سراسر خلیج وسیع فضا-زمان، از همان سپیده دم کیهان، اخترشناسان نور یک ستاره را شناسایی کرده اند. کاشفان آن را Earendel نامیده‌اند که از واژه آنگلوساکسون به معنای «ستاره صبح» گرفته شده است. تا به امروز، این دورترین شی از نوع خود است که تا کنون کشف شده است و قدمت آن به ۹۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) می‌رسد.

 اخترشناسان می‌گویند از آنجایی که نور Earendel برای رسیدن به ما مسافت بسیار دوری را طی کرده، تشخیص خواص آن دشوار است، اما مشاهدات بعدی از طریق تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند در این خصوص راه گشا باشد. به عبارت دیگر، تشخیص خواص جرم‌های کیهانی اولین میلیارد سال تاریخ کیهان پس از انفجار بزرگ که در ۱۳.۸ میلیارد سال پیش رخ داد و به عنوان «طلوع کیهانی» نیز شناخته می‌شود، بسیار دشوار است. در واقع این مکان-زمان که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها در آن متولد شدند، نه تنها خیلی تاریک است، بلکه بسیار دور هم هست. حتی یافتن درخشان‌ترین اجرام کیهانی، یعنی اختروش‌ها نیز در این موقعیت بسیار دشوار است.

با این همه یک ویژگی جاذبه وجود دارد که می‌تواند چیز‌های کوچک و دوردستی را به ما نشان دهد که در غیر این صورت ممکن است خارج از دسترس ما باشند. این ویژگی «عدسی گرانشی» نام دارد که با انحنای گرانشی فضا-زمان در اطراف اجرام عظیم مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی ارتباط دارد. اگر یک جسم عظیم دقیقاً در مکان مناسب بین ما و یک جسم دورتر باشد، نور از آن جسم دور در امتداد انحنای فضا-زمان گرانشی حرکت می‌کند. این اثر یک ذره بینابینی کاملاً عظیم دارد؛ نور جسم دور ممکن است لکه دار و منحرف شود، اما همچنین بزرگ شده و اغلب تکرار می‌شود. بر همین اساس ستاره شناسان می‌توانند نور را مهندسی معکوس کنند تا بفهمند که جسم بزرگ شده چیست. ستاره شناسان می‌گویند در فاصله طلوع کیهانی، این لکه‌ها معمولاً کهکشان هستند.

کهکشان ارندل، که نام واقعی آن WHL0137-LS است، برای اولین بار توسط تلسکوپ فضایی هابل به عنوان یک لکه که توسط یک خوشه کهکشانی عظیم بزرگ شده است، رصد شد. تیمی به رهبری اخترفیزیکدان برایان ولش از دانشگاه جانز هاپکینز در آنجا و در داخل کهکشان یک جسم درخشان را یافتند که درست بالای منحنی حساس عدسی قرار داشت. هنگامی که اجرام منفرد درخشان را در کهکشان‌های دیگر می‌بینیم، آن‌ها تمایل دارند چیزی بسیار درخشان‌تر از یک ستاره معمولی باشند. اما هر چیزی که بسیار درخشان‌تر از یک ستاره معمولی باشد، زودگذر است، مانند یک نواختر، یا یک رویداد مختل شدن جزر و مد در اطراف یک سیاهچاله.

با این همه، در طول ۳.۵ سال مشاهدات، روشنایی ارندل تغییر نکرد. این موضوع به همراه موقعیت مکانی آن، نشان می‌دهد که شی گذرا نیست، بلکه یک ستاره درخشان در مکان مناسب و در زمان مناسب است. ما می‌دانیم که این ستاره بسیار دور است، زیرا نور آن کاملاً کشیده شده. به عبارت دیگر، انبساط کیهان باعث می‌شود که امواج نور ضعیف شوند، خاصیتی که به عنوان redshifting شناخته می‌شود. ستاره شناسان نیز فاصله اجرام اولیه کیهان را بر اساس همین redshifting تخمین می‌زنند.

رسانه‌های علمی نوشتند؛ تجزیه و تحلیل اشعه ماوراء بنفش از Earendel نشان داد که جرم این ستاره حدود ۵۰ برابر خورشید است. اما به سختی می‌توان از داده‌های موجود جزئیات بیشتری را به دست آورد. به عنوان مثال، طبقه بندی طیفی ستاره را نمی‌دانیم که می‌تواند در شناخت بهتر آن مفید باشد. ما می‌دانیم که ستاره‌های بسیار باستانی می‌توانند تا میلیارد‌ها سال زنده بمانند، اما ستارگان پرجرم‌تر تمایل دارند در سن جوان‌تری بمیرند، بنابراین دانستن اینکه Earendel چه نوع ستاره‌ای است می‌تواند تکامل اولیه کیهان را به‌طور جزئی روشن کند.

ما حتی نمی‌دانیم که این یک ستاره تنها است یا یک دوتایی با جرم ترکیبی حدود ۵۰ جرم خورشید. با این حال، در مورد دوم، دوتایی‌های پرجرم شناخته شده معمولاً از یک ستاره بسیار پرجرم‌تر تشکیل می‌شوند که بیشتر نور سیستم را ساطع می‌کند، و تیم انتظار دارد که در مورد Earendel نیز چنین باشد. به هر حال، این «اولین ستاره ای» که تا به حال دیده شده است می‌تواند چیز‌های جالبی در مورد تاریخ ابتدایی کیهان به ما بگوید. به عنوان مثال، ما نتوانسته‌ایم فرآیند‌هایی را که منجر به جریان آزادانه نور در سراسر کیهان می‌شود و به reionization معروف است، مشاهده کنیم. ستاره شناسان بر این باورند که ستارگان و کهکشان‌ها در پشت آن قرار داشته اند، اما هیچ رصد مستقیمی از چگونگی آشکار شدن آن ندارند.

ما تاکنون چندین کهکشان را که مربوط به دوره طلوع کیهانی است، دیده ایم، اما محدود کردن درک ما به انواع ستارگان منفرد که در آن زمان وجود داشتند، واقعاً بسیار جالب خواهد بود. برنامه ریزی برای انجام مشاهدات جدید از طریق تلسکوپ فضایی جیمز وب و انجام مشاهدات طیف‌سنجی از Earendel تأیید شده است، که ولش و همکارانش امیدوارند اطلاعات بیشتری در مورد این ستاره، از جمله سن، طبقه‌بندی، جرم دقیق‌تر، و اینکه آیا یک سیستم دوتایی است یا نه، نشان دهد. نتایج این تحقیق جالب توجه در نشریه معتبر نیچر به چاپ رسیده است.