विश्वातील पहिले तारा-स्फोट किती प्रचंड होते? नवीन संशोधन मते मांडते

विश्वातील पहिल्या ताऱ्यांचा शोध

खगोलशास्त्रज्ञांनी दशकानुदशके दुर्बिणी अधिकाधिक खोलवर वैश्विक काळात नेल्या आहेत, आणि प्रत्येक सुधारणेने आधीच्या पेक्षा विचित्र काहीतरी समोर आणले आहे. तरीही एक लक्ष्य हट्टाने स्वतःला दाखवायला नकार देत आहे: Population III तारे, विश्वाला प्रकाशित करणारी ताऱ्यांची अगदी पहिली पिढी.

ही वस्तू केवळ हायड्रोजन आणि हेलियम असलेल्या वायूपासून घनरूप होऊन तयार झाली असावी असे मानले जाते — या दोनपेक्षा जड कोणतेही मूलद्रव्य नाही, ज्यांना खगोलशास्त्रज्ञ सामूहिकपणे "धातू" म्हणतात. त्या निर्मळ रचनेमुळे ते आज चमकणाऱ्या कोणत्याही गोष्टीपेक्षा वेगळे वागले असते. प्रमुख सिद्धांत असे मानतो की ते असाधारणपणे मोठे वाढले आणि त्यांचे जीवन हिंसकपणे संपले.

युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्सास अॅट ऑस्टिन येथील कॉस्मिक फ्रंटियर सेंटरमधील टे बोंग जिओन यांचे एक नवीन प्रीप्रिंट एका दिसायला सोप्या प्रश्नाला हात घालते: ते आदिम तारा-स्फोट किती प्रचंड होऊ शकले असते, आणि जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोपला त्यापैकी एक ओळखण्याची कोणतीही वास्तववादी संधी आहे का? हा शोधनिबंध arXiv वर उपलब्ध आहे आणि त्याची पीअर रिव्ह्यू अद्याप पूर्ण झालेली नाही.

Population III तारे इतके दुर्मिळ का आहेत

निर्मळ वायू, प्रचंड तारे

Population III तारे त्यांच्या अभावाने परिभाषित होतात. पूर्णपणे हायड्रोजन आणि हेलियमपासून तयार झालेल्या या ताऱ्यांना मरणाऱ्या पूर्वजांकडून नंतरच्या ताऱ्यांच्या पिढ्यांना मिळालेल्या जड मूलद्रव्यांचा कधीच वापर झाला नाही. आजच्या विश्वात ती जड मूलद्रव्ये कार्यक्षम उष्णता-विकिरक म्हणून काम करतात, ज्यामुळे वायूचे ढग उष्णता सोडून अनेक लहान ताऱ्यांमध्ये विभाजित होऊ शकतात. ती नसल्यास, सुरुवातीच्या ढगांना फुटणे कठीण गेले असते, आणि त्याऐवजी कमी संख्येने अधिक प्रचंड वस्तूंना पसंती मिळाली असती.

हे सिद्धांत आहे. निरीक्षण अधिक गुंतागुंतीचे ठरले आहे. JWST ने या निर्मळ तारा-स्फोटांचे संकेत उघड केले आहेत — आणि अनपेक्षितपणे, दुर्बीण प्रक्षेपित होण्यापूर्वी लिहिलेल्या प्रतिकृतींनी अपेक्षित धरलेल्या पेक्षा खूपच उशिराच्या काळात. पुनरायनीकरण युगाच्या अगदी शेवटाजवळ असलेल्या काही आकाशगंगांमध्ये या धातू-मुक्त तारा-स्फोटांमधून उगम पावत असल्याचे दिसणारे गुणधर्म दिसतात, परंतु ते अपेक्षित वेळेपेक्षा शेकडो दशलक्ष वर्षे उशिरा दिसतात.

सुरुवातीच्या वायूच्या ढगांनी टाळावी लागणारी दोन सापळे

JWST जे पाहत आहे त्याशी जुळण्यासाठी Population III तारा-स्फोट पुरेसा काळ टिकण्यासाठी, त्यांना घडवणाऱ्या वायूच्या ढगांना एका अरुंद सुईतून धागा ओवावा लागला. दोन अस्तित्वविषयक सापळे टाळावे लागले:

• अकाली कोसळणे: हायड्रोजन आणि हेलियमच्या ढगांना आत कोसळून खूप लवकर प्रज्वलित होऊ देता आले नाही.
• धातूचे दूषण: जवळच्या सुपरनोव्हांनी पसरवलेल्या जड मूलद्रव्यांमुळे दूषित होण्यापासून ढगांना वाचावे लागले.

या प्रत्येक मर्यादा सुरुवातीच्या विश्वातील अराजक वातावरणात पूर्ण करणे कठीण आहे, आणि एकत्रितपणे त्या हे स्पष्ट करण्यास मदत करतात की पहिले तारे साध्या प्रतिकृतींनी सुचवलेल्या पेक्षा खूप उशिरा का प्रकट झाले असावेत.

थंड वायू सर्व काही का चालवतो

एकमेव शीतक म्हणून आण्विक हायड्रोजन

आदिम विश्वात, वायू स्वतःच्या गुरुत्वाकर्षणाखाली कोसळू शकत होता केवळ जर त्याला थंड होण्याचा मार्ग सापडला तर. ढग पुरेसा घन झाल्यावर तो तापत असे — आणि ती उष्णता त्याला पुन्हा बाहेर पसरण्यास भाग पाडत असे. उपलब्ध असलेला एकमेव शीतक आण्विक हायड्रोजन (H2) होता. तो रेणू पहिल्या ताऱ्यांच्या निर्मितीत केंद्रस्थानी होता: त्यामुळे गडद पदार्थाला पुरेसा वायू पुरेसा जवळ आणता आला जेणेकरून अणुसंलयन शेवटी प्रज्वलित होऊ शकेल.

येथेच कालरेषा विचित्र होते. वैश्विक इतिहासाच्या नंतरच्या टप्प्यांत आण्विक हायड्रोजन अधिक प्रमाणात होता. सिद्धांततः त्यामुळे Population III ताऱ्यांची निर्मिती सोपी झाली असावी, कठीण नाही — आणि ते तारे अल्पायुषी असल्याने, JWST आता ज्या युगांमध्ये ते शोधत आहे त्यापूर्वीच ते विझले असावेत.

सुपरनोव्हांकडून दूषण टाळणे

दुसरा सापळा रासायनिक आहे. जेव्हा एखादा प्रचंड तारा मरतो, तेव्हा तो आपल्या आसपास जड मूलद्रव्ये पसरवतो. अशा स्फोटाच्या खूप जवळून जाणारा कोणताही आदिम ढग धातूंनी समृद्ध होईल, आणि त्यानंतरची त्याची तारा-निर्मिती यापुढे Population III म्हणून गणली जाणार नाही. म्हणून सुरुवातीच्या ढगांना शेजारच्या सुपरनोव्हा मलब्यापासून वेगळे ठेवणे ही एक आवश्यकता आहे, क्षुल्लक तपशील नाही.

विलंब यंत्रणा म्हणून लायमन-वर्नर विकिरण

जर समस्या आण्विक हायड्रोजनच्या अतिरेकाची असेल, तर एक संभाव्य उपाय म्हणजे त्यातील काही काढून टाकणे — आणि विश्व एक यंत्रणा पुरवते. लायमन-वर्नर (LW) विकिरणात मृदू अतिनील फोटॉन असतात जे संपर्कात येताच आण्विक हायड्रोजनचे विघटन करतात, त्याला अण्विक हायड्रोजनमध्ये फोडतात.

एखाद्या प्रदेशातून H2 काढून टाकून, LW विकिरण त्या ढगांना अवलंबून असलेला तोच शीतक काढून टाकते. त्यामुळे थंड होण्याची प्रक्रिया मंदावते आणि परिणामी गुरुत्वाकर्षण कोसळणे पुढे ढकलले जाते. परिणामतः, पुरेसा मजबूत लायमन-वर्नर फोटॉन पार्श्वभूमी आदिम वायूला अनिश्चित स्थितीत ठेवू शकते, Population III तारा-निर्मिती उशिराच्या काळात ढकलू शकते आणि सैद्धांतिक अंदाजांना JWST प्रत्यक्षात जे पाहत आहे त्याच्याशी अधिक जवळ आणू शकते.

JWST काय पुष्टी करू शकते आणि काय करू शकत नाही

JWST ची ताकद म्हणजे वैश्विक पहाटेकडे मागे पाहण्याची त्याची क्षमता, परंतु आतापर्यंत गोळा केलेले पुरावे अप्रत्यक्ष आहेत. खगोलशास्त्रज्ञ वैयक्तिक Population III तारे पाहत नाहीत; ते पुनरायनीकरण युगाच्या शेवटाजवळच्या आकाशगंगांमधील स्वाक्षऱ्या वाचत आहेत आणि विचारत आहेत की निर्मळ तारा-स्फोट त्या स्पष्ट करू शकतात का. त्या निदानाची पुष्टी करण्यासाठी इतर स्पष्टीकरणे नाकारावी लागतात — समृद्ध तारा-समूह, असामान्य प्रारंभिक वस्तुमान वितरण, किंवा अनपेक्षित धूळ वर्तन.

जिओन यांचे विश्लेषण प्रश्नाला भौतिक मर्यादांच्या दृष्टीने मांडते: थंड होण्याच्या मर्यादा, विकिरण वातावरण आणि दूषणाचा धोका लक्षात घेता, पहिल्या पिढीचा तारा-स्फोट विश्वासार्हपणे किती मोठा होऊ शकतो? एक स्पष्ट कमाल मर्यादा — किंवा तिचा अभाव — निरीक्षकांना एक ठोस लक्ष्य आणि स्पर्धात्मक प्रतिकृतींना वास्तविक डेटाशी तपासण्याचा मार्ग देईल.

पुढील वाट

Population III ताऱ्यांचा शोध सिद्धांत आणि उपकरण क्षमतेच्या छेदनबिंदूवर आहे. लायमन-वर्नर विकिरण सुरुवातीच्या तारा-निर्मितीला कसे आकार देते याच्या चांगल्या प्रतिकृती खगोलशास्त्रज्ञांना कुठे पाहावे आणि पहिले तारा-स्फोट कधी प्रकट झाले असावेत हे सांगू शकतात. दरम्यान, JWST ची अधिक खोल निरीक्षणे कोणत्याही टिकाऊ प्रतिकृतीला टिकून राहावे लागेल असे डेटा-बिंदू सतत जोडत आहेत.

सध्या, विश्वातील पहिले तारे पुष्टी झालेले दर्शन नाही तर एक भाकीत राहतात. परंतु प्रत्येक नवीन अभ्यास कालखंड अरुंद करतो — आणि ते प्रचंड, धातू-मुक्त तारा-स्फोट शेकडो दशलक्ष वर्षांनंतर शोधण्यायोग्य खुणा सोडून गेले असण्याची शक्यता हे नेमके असे कोडे आहे जे या क्षेत्राला काम करत ठेवते.

हा लेख Universe Today च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.