ब्रह्मांड के पहले तारा-विस्फोट कितने विशाल थे? नया शोध जवाब देता है

ब्रह्मांड के पहले तारों की खोज

खगोलविदों ने दशकों तक अपनी दूरबीनों को ब्रह्मांडीय समय में और गहराई तक ले जाने पर काम किया है, और हर सुधार ने पिछले से भी अजीब कुछ सामने रखा है। फिर भी एक लक्ष्य ने हठपूर्वक खुद को दिखाने से इनकार कर दिया है: पॉपुलेशन III तारे, ब्रह्मांड को रोशन करने वाली तारों की सबसे पहली पीढ़ी।

माना जाता है कि ये पिंड केवल हाइड्रोजन और हीलियम वाली गैस से संघनित हुए थे — इन दोनों से भारी कोई तत्व नहीं, जिन्हें खगोलविद सामूहिक रूप से "धातु" कहते हैं। यह शुद्ध संरचना उन्हें आज चमकने वाली किसी भी चीज़ से बहुत अलग व्यवहार कराती। प्रमुख सिद्धांत मानता है कि वे असाधारण रूप से बड़े हुए और उनका जीवन हिंसक अंत के साथ समाप्त हुआ।

यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्सास एट ऑस्टिन के कॉस्मिक फ्रंटियर सेंटर में कार्यरत टाए बॉन्ग जियोन का एक नया प्रीप्रिंट एक भ्रामक रूप से सरल प्रश्न उठाता है: वे आदिम तारा-विस्फोट कितने विशाल हो सकते थे, और क्या जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के उनमें से किसी एक को पहचानने की कोई यथार्थवादी संभावना है? यह पेपर arXiv पर उपलब्ध है और अभी तक सहकर्मी-समीक्षा पूरी नहीं कर पाया है।

पॉपुलेशन III तारे इतने दुर्लभ क्यों हैं

शुद्ध गैस, विशाल तारे

पॉपुलेशन III तारे अपनी कमी से परिभाषित होते हैं। पूरी तरह हाइड्रोजन और हीलियम से बने, उन्हें कभी उन भारी तत्वों तक पहुंच नहीं मिली जो बाद की तारा पीढ़ियों को मरते पूर्वजों से विरासत में मिले। आज के ब्रह्मांड में, वे भारी तत्व कुशल विकिरणक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे गैस के बादल गर्मी छोड़ सकते हैं और कई छोटे तारों में विखंडित हो सकते हैं। उनके बिना, शुरुआती बादलों को अलग होने में संघर्ष करना पड़ता, जिससे कुछ ही बहुत अधिक विशाल पिंडों का पक्ष मिलता।

यह सिद्धांत है। अवलोकन अधिक जटिल साबित हुआ है। JWST ने इन शुद्ध तारा-विस्फोटों के संकेत खोजे हैं — और, अप्रत्याशित रूप से, दूरबीन के प्रक्षेपण से पहले लिखे गए मॉडलों के अनुमान से बहुत बाद के समय में। पुनर्आयनीकरण युग के अंत के निकट स्थित कुछ आकाशगंगाएं ऐसी विशेषताएं दिखाती हैं जो इन धातु-रहित तारा-विस्फोटों से उत्पन्न प्रतीत होती हैं, लेकिन वे अनुमान से सौ करोड़ वर्ष बाद प्रकट होती हैं।

शुरुआती गैस बादलों को बचने के लिए दो जाल

पॉपुलेशन III तारा-विस्फोटों को JWST जो देख रहा है उससे मेल खाने के लिए पर्याप्त समय तक बने रहने के लिए, उन्हें बनाने वाले गैस बादलों को एक संकीर्ण सुई में धागा डालना पड़ा। दो अस्तित्व-संबंधी जालों से बचना था:

• समय से पहले पतन: हाइड्रोजन और हीलियम बादलों को अंदर की ओर गिरने और बहुत जल्दी प्रज्वलित होने की अनुमति नहीं दी जा सकती थी।
• धातु संदूषण: बादलों को आसपास के सुपरनोवा द्वारा बिखरे भारी तत्वों से प्रदूषित होने से बचना था।

इनमें से प्रत्येक बाधा को प्रारंभिक ब्रह्मांड के अराजक वातावरण में संतुष्ट करना कठिन है, और साथ में ये यह समझाने में मदद करती हैं कि पहले तारों को प्रकट होने में सरल मॉडलों के सुझाव से कहीं अधिक समय क्यों लगा।

ठंडी गैस सब कुछ क्यों चलाती है

आणविक हाइड्रोजन ही एकमात्र शीतलक

आदिम ब्रह्मांड में, गैस अपने ही गुरुत्व के अधीन तभी ढह सकती थी जब उसे ठंडा होने का कोई रास्ता मिलता। एक बार बादल पर्याप्त घना हो जाता, तो वह गर्म हो जाता — और वह गर्मी उसे वापस बाहर की ओर फैलने के लिए मजबूर करती। उपलब्ध एकमात्र शीतलक आणविक हाइड्रोजन (H2) था। वह अणु पहले तारों के निर्माण के केंद्र में था: इसने डार्क मैटर को पर्याप्त गैस को इतना पास खींचने की अनुमति दी कि परमाणु संलयन अंततः प्रज्वलित हो सके।

यहीं समयरेखा अटपटी हो जाती है। ब्रह्मांडीय इतिहास के बाद के चरणों में, आणविक हाइड्रोजन अधिक प्रचुर था। सिद्धांत रूप में, इसने पॉपुलेशन III तारा निर्माण को आसान बनाया होगा, कठिन नहीं — और चूंकि वे तारे छोटा जीवन जीते हैं, उन्हें उन युगों से बहुत पहले बुझ जाना चाहिए था जहां JWST अब उन्हें पा रहा है।

सुपरनोवा द्वारा संदूषण से बचना

दूसरा जाल रासायनिक है। जब एक विशाल तारा मरता है, तो वह अपने आसपास भारी तत्व बिखेरता है। ऐसे विस्फोट के बहुत करीब से गुजरने वाला कोई भी आदिम बादल धातुओं से समृद्ध हो जाएगा, और उसके बाद का तारा निर्माण अब पॉपुलेशन III के योग्य नहीं रहेगा। इसलिए शुरुआती बादलों को पड़ोसी सुपरनोवा मलबे से अलग रखना एक आवश्यकता है, कोई मामूली विवरण नहीं।

विलंब तंत्र के रूप में लाइमन-वर्नर विकिरण

यदि समस्या बहुत अधिक आणविक हाइड्रोजन है, तो एक संभावित समाधान इसका कुछ हिस्सा हटाना है — और ब्रह्मांड एक तंत्र प्रदान करता है। लाइमन-वर्नर (LW) विकिरण में कोमल पराबैंगनी फोटॉन होते हैं जो संपर्क में आते ही आणविक हाइड्रोजन को विघटित कर देते हैं, इसे परमाणु हाइड्रोजन में तोड़ देते हैं।

किसी क्षेत्र से H2 को हटाकर, LW विकिरण उसी शीतलक को हटा देता है जिस पर वे बादल निर्भर हैं। यह शीतलन प्रक्रिया को धीमा करता है और, बदले में, गुरुत्वाकर्षण पतन को स्थगित करता है। प्रभाव में, लाइमन-वर्नर फोटॉनों की पर्याप्त मजबूत पृष्ठभूमि आदिम गैस को निलंबन में रख सकती है, पॉपुलेशन III तारा निर्माण को बाद के समय में धकेल सकती है और सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को JWST जो वास्तव में देख रहा है उसके साथ अधिक निकटता से संरेखित कर सकती है।

JWST क्या पुष्टि कर सकता है और क्या नहीं

JWST की ताकत ब्रह्मांडीय भोर की ओर देखने की उसकी क्षमता है, लेकिन अब तक एकत्र साक्ष्य अप्रत्यक्ष बना हुआ है। खगोलविद व्यक्तिगत पॉपुलेशन III तारे नहीं देख रहे हैं; वे पुनर्आयनीकरण युग के अंत के निकट आकाशगंगाओं में हस्ताक्षर पढ़ रहे हैं और पूछ रहे हैं कि क्या शुद्ध तारा-विस्फोट उन्हें समझा सकते हैं। उस निदान की पुष्टि के लिए अन्य स्पष्टीकरणों को खारिज करना आवश्यक है — समृद्ध तारकीय आबादी, असामान्य प्रारंभिक द्रव्यमान वितरण, या अप्रत्याशित धूल व्यवहार।

जियोन का विश्लेषण प्रश्न को भौतिक सीमाओं के संदर्भ में रखता है: शीतलन बाधाओं, विकिरण वातावरण और संदूषण के जोखिम को देखते हुए, एक प्रथम-पीढ़ी का तारा-विस्फोट संभवतः कितना बड़ा हो सकता है? एक स्पष्ट सीमा — या उसका अभाव — पर्यवेक्षकों को एक ठोस लक्ष्य और प्रतिस्पर्धी मॉडलों को वास्तविक डेटा के विरुद्ध परखने का तरीका देगा।

आगे की राह

पॉपुलेशन III तारों की खोज सिद्धांत और उपकरण क्षमता के प्रतिच्छेदन पर बैठी है। लाइमन-वर्नर विकिरण प्रारंभिक तारा निर्माण को कैसे आकार देता है, इसके बेहतर मॉडल खगोलविदों को बता सकते हैं कि कहां देखना है और पहले तारा-विस्फोट कब प्रकट होने चाहिए थे। इस बीच, गहरे JWST अवलोकन ऐसे डेटा बिंदु जोड़ते रहते हैं जिन्हें किसी भी व्यवहार्य मॉडल को टिकना होगा।

अभी के लिए, ब्रह्मांड के पहले तारे पुष्टि की गई दृष्टि के बजाय एक भविष्यवाणी बने हुए हैं। लेकिन हर नया अध्ययन खिड़की को संकीर्ण करता है — और यह संभावना कि उन विशाल, धातु-रहित तारा-विस्फोटों ने सौ करोड़ वर्ष बाद पता लगाने योग्य निशान छोड़े, ठीक उसी तरह की पहेली है जो इस क्षेत्र को काम करते रहने देती है।

यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।