মহাবিশ্বের প্রথম নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলি কতটা বিশাল ছিল? নতুন গবেষণা জানাচ্ছে

মহাবিশ্বের প্রথম নক্ষত্রের সন্ধানে

জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা দশক ধরে তাঁদের দূরবীক্ষণ যন্ত্রগুলিকে মহাজাগতিক সময়ের আরও গভীরে নিয়ে যাচ্ছেন, এবং প্রতিটি উন্নতিই আগেরটির চেয়ে আরও অদ্ভুত কিছু খুঁজে বের করেছে। তবুও একটি লক্ষ্য একগুঁয়েভাবে নিজেকে দেখাতে অস্বীকার করেছে: পপুলেশন III নক্ষত্র, মহাবিশ্বে আলো জ্বালানো প্রথম প্রজন্মের নক্ষত্র।

ধারণা করা হয়, এই বস্তুগুলি কেবল হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম ছাড়া অন্য কিছু নেই এমন গ্যাস থেকে ঘনীভূত হয়েছিল — এই দুটির চেয়ে ভারী কোনো মৌল ছিল না, যেগুলিকে জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা সমষ্টিগতভাবে "ধাতু" বলে থাকেন। এই নির্ভেজাল গঠন তাদের আচরণ আজকের যা কিছু জ্বলছে তার থেকে সম্পূর্ণ আলাদা করে তুলত। প্রধান তত্ত্বটি মনে করে, তারা অসাধারণভাবে বড় হয়েছিল এবং হিংস্রভাবে তাদের জীবন শেষ করেছিল।

টেক্সাস বিশ্ববিদ্যালয়ের অস্টিন শাখার কসমিক ফ্রন্টিয়ার সেন্টারের টে বং জিওনের একটি নতুন প্রিপ্রিন্ট একটি আপাতদৃষ্টিতে সরল প্রশ্নের মোকাবিলা করেছে: সেই আদিম নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলি আসলে কতটা বিশাল হতে পারত, এবং জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপের সেগুলির একটি শনাক্ত করার কোনো বাস্তবসম্মত সম্ভাবনা আছে কি? গবেষণাপত্রটি arXiv-এ পাওয়া যাচ্ছে এবং এখনও পিয়ার রিভিউ সম্পূর্ণ হয়নি।

পপুলেশন III নক্ষত্রগুলিকে এত অধরা করে তোলে কী

নির্ভেজাল গ্যাস, বিশাল নক্ষত্র

পপুলেশন III নক্ষত্রগুলি তাদের অভাব দিয়েই সংজ্ঞায়িত। সম্পূর্ণভাবে হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম থেকে গঠিত, তারা কখনও সেই ভারী মৌলগুলির অ্যাক্সেস পায়নি যা পরবর্তী প্রজন্মের নক্ষত্রগুলি মৃত পূর্বসূরিদের কাছ থেকে উত্তরাধিকারসূত্রে পেয়েছিল। আজকের মহাবিশ্বে, সেই ভারী মৌলগুলি দক্ষ বিকিরণকারী হিসেবে কাজ করে, গ্যাসের মেঘগুলিকে তাপ ছাড়তে এবং অনেক ছোট নক্ষত্রে বিভক্ত হতে দেয়। সেগুলি ছাড়া, প্রাচীনতম মেঘগুলির বিচ্ছিন্ন হওয়ার জন্য সংগ্রাম করতে হতো, বরং অল্প সংখ্যক অনেক বেশি ভরের বস্তুর পক্ষে থাকত।

এটাই তত্ত্ব। পর্যবেক্ষণ আরও জটিল প্রমাণিত হয়েছে। JWST এই নির্ভেজাল নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলির ইঙ্গিত খুঁজে পেয়েছে — এবং অপ্রত্যাশিতভাবে, টেলিস্কোপ উৎক্ষেপণের আগে লেখা মডেলগুলি যতটা আশা করেছিল তার চেয়ে অনেক পরের সময়ে। পুনঃআয়নন যুগের শেষের কাছাকাছি অবস্থিত কিছু গ্যালাক্সি এমন বৈশিষ্ট্য দেখায় যা এই ধাতুমুক্ত নক্ষত্র-বিস্ফোরণ থেকে উদ্ভূত বলে মনে হয়, কিন্তু সেগুলি পূর্বাভাসের চেয়ে শত মিলিয়ন বছর পরে দেখা যায়।

প্রাথমিক গ্যাসের মেঘগুলিকে যে দুটি ফাঁদ এড়াতে হবে

পপুলেশন III নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলি JWST যা দেখছে তার সাথে মিলতে যথেষ্ট দীর্ঘস্থায়ী হওয়ার জন্য, যে গ্যাসের মেঘগুলি সেগুলি তৈরি করেছিল তাদের একটি সংকীর্ণ সূচ ছুঁতে হয়েছিল। দুটি অস্তিত্বগত ফাঁদ এড়াতে হয়েছিল:

• অকাল পতন: হাইড্রোজেন ও হিলিয়ামের মেঘগুলিকে ভিতরের দিকে পড়ে খুব তাড়াতাড়ি প্রজ্বলিত হতে দেওয়া যেত না।
• ধাতু দূষণ: মেঘগুলিকে কাছাকাছি সুপারনোভা দ্বারা ছড়িয়ে পড়া ভারী মৌল দ্বারা দূষিত হওয়া থেকে রক্ষা পেতে হয়েছিল।

এই প্রতিটি সীমাবদ্ধতা প্রাথমিক মহাবিশ্বের বিশৃঙ্খল পরিবেশে সন্তুষ্ট করা কঠিন, এবং একসাথে তারা ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে কেন প্রথম নক্ষত্রগুলির আবির্ভাব সরল মডেলগুলি যতটা Suggest করে তার চেয়ে অনেক বেশি সময় নিতে পারে।

কেন ঠান্ডা গ্যাস সবকিছু চালায়

একমাত্র শীতলকারী হিসেবে আণবিক হাইড্রোজেন

আদিম মহাবিশ্বে, গ্যাস নিজের মাধ্যাকর্ষণের অধীনে ভেঙে পড়তে পারত কেবল যদি এটি ঠান্ডা হওয়ার একটি উপায় খুঁজে পেত। একবার একটি মেঘ যথেষ্ট ঘন হয়ে গেলে, এটি উত্তপ্ত হয়ে উঠত — এবং সেই তাপ এটিকে আবার বাইরের দিকে প্রসারিত হতে বাধ্য করত। একমাত্র উপলব্ধ শীতলকারী ছিল আণবিক হাইড্রোজেন (H2)। সেই অণুটি প্রথম নক্ষত্র গঠনের কেন্দ্রে ছিল: এটি ডার্ক ম্যাটারকে যথেষ্ট গ্যাস যথেষ্ট কাছাকাছি টানতে দিয়েছিল যাতে পারমাণবিক সংযোজন অবশেষে প্রজ্বলিত হয়।

এখানেই সময়রেখাটি অস্বস্তিকর হয়ে ওঠে। মহাজাগতিক ইতিহাসের পরবর্তী পর্যায়ে, আণবিক হাইড্রোজেন আরও প্রচুর ছিল। তত্ত্বগতভাবে, এটি পপুলেশন III নক্ষত্র গঠনকে সহজ করা উচিত ছিল, কঠিন নয় — এবং যেহেতু সেই নক্ষত্রগুলি অল্পকাল বাঁচে, তাদের JWST এখন যে যুগগুলিতে খুঁজে পাচ্ছে তার অনেক আগেই নিভে যাওয়া উচিত ছিল।

সুপারনোভা দ্বারা দূষণ এড়ানো

দ্বিতীয় ফাঁদটি রাসায়নিক। যখন একটি বিশাল নক্ষত্র মারা যায়, এটি তার আশেপাশে ভারী মৌল ছড়িয়ে দেয়। এই ধরনের বিস্ফোরণের খুব কাছাকাছি ভেসে বেড়ানো কোনো আদিম মেঘ ধাতুতে সমৃদ্ধ হয়ে যেত, এবং তার পরবর্তী নক্ষত্র গঠন আর পপুলেশন III হিসেবে গণ্য হতো না। তাই প্রাচীনতম মেঘগুলিকে প্রতিবেশী সুপারনোভার ধ্বংসাবশেষ থেকে বিচ্ছিন্ন রাখা একটি প্রয়োজনীয়তা, সামান্য বিবরণ নয়।

বিলম্ব প্রক্রিয়া হিসেবে লাইম্যান-ওয়ার্নার বিকিরণ

যদি সমস্যা হয় অতিরিক্ত আণবিক হাইড্রোজেন, একটি সম্ভাব্য সমাধান হল এর কিছু অপসারণ করা — এবং মহাবিশ্ব একটি প্রক্রিয়া সরবরাহ করে। লাইম্যান-ওয়ার্নার (LW) বিকিরণ নরম অতিবেগুনি ফোটন নিয়ে গঠিত যা সংস্পর্শে এলে আণবিক হাইড্রোজেনকে বিয়োজিত করে, এটিকে পারমাণবিক হাইড্রোজেনে ভেঙে দেয়।

একটি অঞ্চল থেকে H2 সরিয়ে, LW বিকিরণ সেই মেঘগুলি যে শীতলকারীর উপর নির্ভর করে তা অপসারণ করে। এটি শীতলকরণ প্রক্রিয়াকে ধীর করে দেয় এবং ফলস্বরূপ, মাধ্যাকর্ষণজনিত পতনকে বিলম্বিত করে। কার্যত, যথেষ্ট শক্তিশালী লাইম্যান-ওয়ার্নার ফোটনের পটভূমি আদিম গ্যাসকে ঝুলে থাকা অবস্থায় রাখতে পারে, পপুলেশন III নক্ষত্র গঠনকে পরবর্তী সময়ে ঠেলে দিতে পারে এবং তাত্ত্বিক পূর্বাভাসগুলিকে JWST আসলে যা পর্যবেক্ষণ করছে তার সাথে আরও ঘনিষ্ঠভাবে মিলিয়ে দিতে পারে।

JWST কী নিশ্চিত করতে পারে এবং পারে না

JWST-এর শক্তি হল মহাজাগতিক ভোরের দিকে ফিরে তাকানোর ক্ষমতা, কিন্তু এখন পর্যন্ত সংগৃহীত প্রমাণ পরোক্ষ থেকে যায়। জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা পৃথক পপুলেশন III নক্ষত্র দেখছেন না; তারা পুনঃআয়নন যুগের শেষের কাছাকাছি গ্যালাক্সিগুলিতে স্বাক্ষর পড়ছেন এবং জিজ্ঞাসা করছেন নির্ভেজাল নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলি সেগুলি ব্যাখ্যা করতে পারে কি না। সেই নির্ণয় নিশ্চিত করতে অন্যান্য ব্যাখ্যা বাদ দিতে হয় — সমৃদ্ধ নক্ষত্র জনসংখ্যা, অস্বাভাবিক প্রাথমিক ভর বিতরণ, বা অপ্রত্যাশিত ধুলোর আচরণ।

জিওনের বিশ্লেষণ প্রশ্নটিকে ভৌত সীমার পরিপ্রেক্ষিতে গঠন করে: শীতলকরণের সীমাবদ্ধতা, বিকিরণ পরিবেশ এবং দূষণের ঝুঁকি বিবেচনা করে, একটি প্রথম-প্রজন্মের নক্ষত্র-বিস্ফোরণ বিশ্বাসযোগ্যভাবে কতটা বড় হতে পারে? একটি স্পষ্ট সীমা — বা তার অনুপস্থিতি — পর্যবেক্ষকদের একটি সুনির্দিষ্ট লক্ষ্য এবং প্রতিদ্বন্দ্বী মডেলগুলিকে বাস্তব তথ্যের বিরুদ্ধে পরীক্ষা করার একটি উপায় দেবে।

সামনের পথ

পপুলেশন III নক্ষত্রের সন্ধান তত্ত্ব ও যন্ত্রের ক্ষমতার সংযোগস্থলে অবস্থিত। লাইম্যান-ওয়ার্নার বিকিরণ কীভাবে প্রাথমিক নক্ষত্র গঠনকে আকার দেয় তার উন্নত মডেল জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের বলতে পারে কোথায় দেখতে হবে এবং প্রথম নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলি কখন আবির্ভূত হওয়া উচিত ছিল। এদিকে, গভীরতর JWST পর্যবেক্ষণগুলি ক্রমাগত তথ্যবিন্দু যোগ করছে যা যেকোনো কার্যকর মডেলকে টিকিয়ে রাখতে হবে।

আপাতত, মহাবিশ্বের প্রথম নক্ষত্রগুলি একটি পূর্বাভাস হিসেবেই রয়ে গেছে, নিশ্চিত দর্শন নয়। কিন্তু প্রতিটি নতুন গবেষণা জানালাটি সংকুচিত করে — এবং সেই বিশাল, ধাতুমুক্ত নক্ষত্র-বিস্ফোরণগুলি শত মিলিয়ন বছর পরে শনাক্তযোগ্য চিহ্ন রেখে গেছে এই সম্ভাবনাটি ঠিক সেই ধরনের ধাঁধা যা এই ক্ষেত্রটিকে কাজ করে যেতে রাখে।

এই নিবন্ধটি Universe Today-এর প্রতিবেদনের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।