فلكيون يكتشفون نجم نادر من الجيل الثاني من الكون البدائي

نافذة على أقدم الكون

اكتشف الفلكيون نجم نادر استثنائي من الجيل الثاني تشكل في أعقاب أول جيل نجمي في الكون - وتركيبه الكيميائي يوفر دليلاً مباشراً على كيفية أن تلك النجوم القديمة أثرت الكون بالعناصر الثقيلة التي جعلت كل الكيمياء اللاحقة ممكنة. وصف الباحثون الاكتشاف بأنه يقع على حافة ما اعتقدنا أنه ممكن، مما يعكس ندرته والدقة المطلوبة لتحديده.

النجم يفتقر إلى الحديد بشكل متطرف - بصمة كيميائية تضع تشكله في أقدم عصور الكون، عندما كانت العناصر الثقيلة مثل الحديد قد بدأت للتو في التراكم. نقص الحديد هو المؤشر الرئيسي: يتم تصنيع الحديد بشكل أساسي في داخل النجوم وتوزيعه بواسطة انفجارات المستعرات الأعظم. النجوم التي تشكلت مبكراً، قبل أن يحدث الكثير من هذه الانفجارات، تحتوي على حديد قليل جداً. النجوم التي تشكلت من مادة معالجة من خلال سلف من الجيل الأول نادرة جداً.

أول النجوم وما تركوه خلفهم

يُعتقد أن أول نجوم الكون، المعروفة باسم نجوم Population III، تشكلت في ما يقرب من 100 إلى 400 مليون سنة بعد Big Bang من سحب من الهيدروجين والهيليوم - العناصر الوحيدة التي كانت موجودة في ذلك الوقت. يُعتقد أن هذه النجوم كانت ضخمة، تحترق بسرعة وتنتهي في مستعرات أعظم مذهلة نثرت العناصر المُركَّبة حديثاً في الغاز المحيط.

اختلطت تلك المادة المنثورة في سحب الغاز اللاحقة وأدت إلى نجوم Population II - الجيل الثاني - التي دمجت المعادن التي أنتجها أسلافها. يشير مصطلح المعادن في علم الفلك إلى أي عنصر أثقل من الهيليوم، وحتى الكميات الضئيلة من هذه العناصر الأثقل تغير بشكل جذري فيزياء تكوين النجوم، مما يسمح للغاز بالبرودة بكفاءة أكبر وتشكيل أنواع مختلفة من السكان النجمي.

العثور على نجم تشكل من الغاز المثري بواسطة مستعرة أعظم واحدة من Population III يسمح لعلماء الفلك بقراءة نمط الاندماج النووي لذلك السلف المحدد. إنها أقرب شيء إلى قياس مباشر لما كانت عليه أول نجوم الكون.

كيف تم اكتشافه

تم الاكتشاف بواسطة فريق من الباحثين وصفوا بأنهم آثاريون كونيون - فلكيون يدرسون التركيب الكيميائي للنجوم القديمة جداً لإعادة بناء تاريخ الكون المبكر. تُعرف التقنية باسم علم آثار النجوم أو علم الكون قريب المجال، وتستخدم التحليل الطيفي عالي الدقة لقياس وفرة العشرات من العناصر في الغلاف الجوي النجمي.

يتطلب العثور على النجوم الفقيرة بالحديد عمليات مسح واسعة للسماء متبوعة بالتحليل الطيفي متابعة باستخدام التلسكوبات الضخمة. معظم النجوم القديمة لديها على الأقل بعض الإثراء بالحديد من التاريخ المتراكم للأجيال النجمية، مما يجعل النجوم الحقيقية الفقيرة بالحديد اكتشافات إبرة في كومة قش. تطلب الاكتشاف الجديد البحث عبر قواعد بيانات ملايين الطيوف النجمية لتحديد المرشحين بالتوقيعات الكيميائية الصحيحة، ثم تأكيدها بملاحظات طيفية عالية الدقة.

ما تكشفه الكيمياء

تخبر الوفرة الكيميائية المقاسة في النجم المكتشف حديثاً قصة عن سلفه من Population III. يرمز نمط الكربون والنيتروجين والأكسجين والمغنيسيوم وغيرها من العناصر الخفيفة بالنسبة للحديد إلى معلومات حول كتلة النجم الأول وطاقة انفجار المستعر الأعظم الخاص به والخلط بين منتجات الانفجار مع الغاز المحيط قبل تشكل النجم من الجيل الثاني.

تتنبأ نماذج الفيزياء الفلكية لمستعرات Population III الأعظم بأنماط وفرة محددة اعتماداً على كتلة السلف وطاقة الانفجار. بمقارنة الوفرة المرصودة بهذه التنبؤات النظرية، يمكن للباحثين تضييق الخصائص المحتملة للنجم الأول المحدد الذي أدى موته إلى بذر هذا الناجي من الجيل الثاني.

تضيف النتائج نقطة بيانات جديدة إلى الفهرس الصغير لكن المتزايد للنجوم التي يُعتقد أنها تشكلت من أحداث مستعرات Population III الفردية. يسمح كل اكتشاف جديد بقيود إحصائية أكثر إحكاماً على توزيع الكتلة وديناميكا الانفجار للجيل النجمي الأول - وهي خصائص تبقى غير مؤكدة نظرياً وندرة ملاحظة.

الأهمية لعلم الكون

فهم نجوم Population III مهم بما يتجاوز الفضول التاريخي. شكلت خصائص النجوم الأولى كيفية تطور الكون في عصوره المبكرة - مدى سرعة إعادة تأينه، وكيفية توزيع المعادن من خلال أول المجرات، وكيف تشكلت الأجيال اللاحقة من النجوم والكواكب. ترتبط هذه الأسئلة بفيزياء Big Bang بالظروف التي جعلت في النهاية الكواكب الصخرية وكيمياء الحياة ممكنة.

من المتوقع أن تدفع المراصد من الجيل التالي، بما في ذلك برامج James Webb Space Telescope الجارية والتلسكوبات الضخمة الكبيرة جداً في المستقبل، هذا المجال أبعد - من خلال العثور على المزيد من النجوم المعدنية القديمة في هالة Milky Way والكشف المحتمل عن توقيعات النجوم Population III في أبعد المجرات التي شوهدت على الإطلاق.

هذه المقالة مبنية على تقارير من Space.com. اقرأ المقالة الأصلية.