خوشهای از ستارگان با نام LAP1-B که حدود ۸۰۰ میلیون سال پس از تولد جهان شکل گرفته، نخستین نمونهای است که با ویژگیهای پیشبینیشده برای ستارگان اولیه یا نسل نخستین مطابقت دارد.
به بیان ساده، ستارگان این خوشه از موادی ساخته شدهاند که مستقیماً در بیگ بنگ (انفجار بزرگ) شکل گرفتهاند، نه از بقایای نسلهای پیشین ستارگان. با وجود دشواریهای بسیار در تایید چنین ادعایی درباره سامانهای در فاصلهای تا این اندازه دور، دانشمندان در پژوهشی تازه، میگویند سه آزمون کلیدی برای شناسایی مجموعهای از ستارگان اولیه هست و LAP1-B هر سه آزمون را با عملیات موفق گذرانده است.
ستارگان امروزی از بقایای نسلهایی از ستارگان پیش از خود تشکیل شدهاند که با مرگشان عناصر سنگینتر از هلیوم را تولید و در فضا پخش کردند. این چرخه دستکم دو بار در تاریخ کیهان تکرار شده است.
در طبقهبندی اخترشناسی، خورشید در دستهی ستارگان جمعیت یک قرار میگیرد، درحالیکه ستارگان پیش از آن که عناصر حیاتی مانند آهن، کربن و اکسیژن را به وجود آوردند، جمعیت دو نامیده میشوند. اما هیچیک از این دو، نسل نخستین نیستند؛ زیرا هر دو از بقایای نسل اسطورهای ستارگان جمعیت سه شکل گرفتهاند، ستارگانی که یافتنشان برای اخترشناسان بهسان کشف جام مقدس است. اکنون، LAP1-B ممکن است همان مکانی باشد که سرانجام بتوان این ستارگان افسانهای را کشف کرد.
LAP1-B نخستین خوشه ستارهای است که ویژگیهای پیشبینیشده برای ستارگان نسل نخستین را دارد
ستارگان جمعیت سه تنها از هیدروژن و هلیوم حاصل از بیگ بنگ تشکیل شدهاند و در طول عمر خود، عناصر سنگینتر را ساختهاند. وجود همین عناصر سنگین معمولاً مانع رشد بیش از اندازهی ستارگان میشود؛ بنابراین در نبود آنها، بیشتر ستارگان جمعیت سه بسیار غولپیکر بودند.
هرچه جرم ستاره بیشتر باشد، سوختش سریعتر تمام میشود و عمرش کوتاهتر است. بنابراین، اگر در جهان امروزی هنوز ستارهای از جمعیت سه باقی مانده باشد، پدیدهای استثنایی به حساب میآید؛ هرچند گاه نشانههایی از وجود چنین ستارگانی دیده میشود. برای دیدنی مجموعهای واقعی از ستارگان جمعیت سه باید آنقدر در گذشتهی کیهان سفر کرد که حتی غولپیکرترین ستارگان هنوز فرصت خاموششدن نیافته باشند.
توصیف مذکور دقیقاً یکی از مأموریتهای اصلی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) است، اما این تلسکوپ بدون کمک ناتوان است چنین هدفی را محقق کند. ستارگان جمعیت سه آنقدر دورند که تنها در صورتی میتوان آنها را با وضوح کافی دید و ماهیتشان را تشخیص داد که نورشان از میان یک عدسی گرانشی عبور کرده و بزرگنمایی شده باشد.
دو سال پیش، مجموعهای از ستارگان با نام LAP1 (مخفف Lensed and Pristine 1) بر پایهی تصاویر جیمز وب معرفی و بهعنوان مجموعهای «نزدیک به ستارگان جمعیت III» توصیف شد. اما پرسش اساسی همچنان بیپاسخ باقی ماند: آیا واقعاً به این ستارگان رسیدهایم، یا هنوز در مسیر کشفشان هستیم؟
پژوهش تازه که هنوز در مرحلهی داوری همتا قرار دارد، مؤلفهای از این مجموعه با نام LAP1-B را بهعنوان نمونهای از خوشهای بسیار کهن و بهشدت بزرگنماییشده معرفی میکند و آن را «ابتداییترین کهکشان ستارهزا از نظر ترکیب شیمیایی شناساییشده تاکنون» مینامد. چنین محیطی دقیقاً همان جایی است که انتظار میرود ستارگان جمعیت سه در آن شکل گرفته باشند. بااینحال، اینکه LAP1-B میتواند ستارگان جمعیت سه را در خود داشته باشد، لزوماً به این معنا نیست که حتماً چنین ستارگانی در آن وجود دارند.
LAP1-B ابتداییترین کهکشان ستارهزا از نظر ترکیب شیمیایی شناساییشده در جهان است
چون مرکز کهکشانها سریعتر از نواحی بیرونیشان تکامل پیدا میکند، ستارهشناسان انتظار دارند مجموعههایی از ستارگان جمعیت سه در هالههای کهکشانهای نزدیکتر وجود داشته باشند؛مناطقی که رصد آنها آسانتر است.
به گفتهی دکتر الی ویسبال و رایان هزلت از دانشگاه تولدو و پروفسور گرگ برایان از دانشگاه کلمبیا، نویسندگان مطالعهی تازه، کهکشانهایی که هنوز ستارگان جمعیت سه را در خود حفظ کردهاند باید سه ویژگی مشخص و تشخیصپذیر داشته باشند:
- ۱. هالههایی تقریباً بدون فلز با دمای بین هزار تا ۱۰ هزار درجه کلوین
- ۲. ستارگانی با جرمهایی در بازهی ۱۰ تا هزار برابر جرم خورشید
- ۳. خوشههایی با مجموع جرم چند هزار برابر جرم خورشید
پژوهشگران میگویند LAP1-B هر سه ویژگی را دارد و یادآوری میکنند که «پیشتر نیز ادعاهایی دربارهی کشف کهکشانهای کلاسیک جمعیت سه مطرح شده بود»، اما در آن موارد خوشهها بسیار پرجرمتر از حد پیشبینیشده بودند و با معیار سوم مطابقت نداشتند.
بااینوجود، LAP1-B کاملاً عاری از عناصر سنگینتر (یا به تعبیر اخترشناسان «فلزات») نیست. در این کهکشان مقدار اندکی اکسیژن شناسایی شده، اما پژوهشگران محاسبه کردهاند که میزان آن دقیقاً با حالتی سازگار است که در میان چند ده ستاره، تنها یکی از آنها به ابرنواختر تبدیل شده و مواد حاصل از انفجار خود را در سراسر خوشه پراکنده کرده باشد.
از سوی دیگر، اگر ستارگان LAP1-B با شتاب زیاد در حال چرخش باشند، ممکن است بخشی از اکسیژن دیدنشده را خودشان تولید کرده و در فضا منتشر کرده باشند. در این سناریو، تنها هفت ستاره با جرم ۳۰ برابر خورشید یا سه ستاره با جرم ۱۵۰ برابر خورشید برای تولید مقدار اکسیژن موجود کافی خواهند بود. اگر چنین باشد، LAP1-B واقعاً کهکشانی بکر و کاملاً اولیه، متشکل از ستارگان نسل اول کیهان است.
نتایج پژوهش بهصورت اجازه دسترسی آزاد در مجلهی علمی The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
