பிரபஞ்சத்தின் முதல் விண்மீன் வெடிப்புகள் எவ்வளவு பாரியதாக இருந்தன? புதிய ஆய்வு விளக்குகிறது

பிரபஞ்சத்தின் முதல் விண்மீன்களுக்கான வேட்டை

வானியலாளர்கள் பல தசாப்தங்களாக தங்கள் தொலைநோக்கிகளை அண்ட நேரத்தில் ஆழமாக செலுத்தி வருகின்றனர், ஒவ்வொரு மேம்பாடும் முந்தையதை விட விந்தையான ஒன்றைக் காட்டியுள்ளது. இருப்பினும், ஒரு இலக்கு பிடிவாதமாக தன்னைக் காட்ட மறுத்துவிட்டது: பிரபஞ்சத்தை ஒளிரச் செய்த முதல் தலைமுறை விண்மீன்களான Population III விண்மீன்கள்.

இந்தப் பொருட்கள் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் தவிர வேறு எதுவும் இல்லாத வாயுவிலிருந்து ஒடுங்கியதாகக் கருதப்படுகிறது — வானியலாளர்கள் கூட்டாக "உலோகங்கள்" என்று அழைக்கும் அந்த இரண்டை விட கனமான தனிமங்கள் எதுவும் இல்லை. அந்தத் தூய்மையான கலவை அவை இன்று ஒளிரும் எதையும் விட மிகவும் வேறுபட்ட முறையில் நடந்துகொள்ள வைத்திருக்கும். அவை மிகப்பெரியதாக வளர்ந்து வன்முறையாக தங்கள் வாழ்க்கையை முடித்துக்கொண்டன என்ற முதன்மைக் கோட்பாடு உள்ளது.

டெக்சாஸ் பல்கலைக்கழகம் ஆஸ்டினில் உள்ள காஸ்மிக் ஃபிரண்டியர் சென்டரைச் சேர்ந்த Tae Bong Jeon என்பவரின் புதிய முன்பதிப்பு, ஏமாற்றும் வகையில் எளிமையான ஒரு கேள்வியை எடுத்துக்கொள்கிறது: அந்த ஆதிகால விண்மீன் வெடிப்புகள் எவ்வளவு பாரியதாக மாறியிருக்கலாம், மேலும் ஜேம்ஸ் வெப் விண்வெளி தொலைநோக்கி அவற்றில் ஒன்றைக் கண்டறிய ஏதேனும் யதார்த்தமான வாய்ப்பு உள்ளதா? இந்த ஆய்வறிக்கை arXiv இல் கிடைக்கிறது, இன்னும் சக மதிப்பாய்வை முடிக்கவில்லை.

Population III விண்மீன்களை ஏன் இவ்வளவு கண்டுபிடிக்க முடியாததாக இருக்கிறது

தூய்மையான வாயு, மகத்தான விண்மீன்கள்

Population III விண்மீன்கள் அவற்றின் பற்றாக்குறையால் வரையறுக்கப்படுகின்றன. முழுவதும் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியத்தால் உருவாக்கப்பட்டவை, இறந்த முன்னோர்களிடமிருந்து பிந்தைய தலைமுறை விண்மீன்கள் பெற்ற கனமான தனிமங்களை அவை ஒருபோதும் அணுகவில்லை. இன்றைய பிரபஞ்சத்தில், அந்தக் கனமான தனிமங்கள் திறமையான கதிர்வீச்சுகளாகச் செயல்பட்டு, வாயு மேகங்கள் வெப்பத்தை வெளியேற்றி பல சிறிய விண்மீன்களாகப் பிரிய உதவுகின்றன. அவை இல்லாமல், ஆரம்பகால மேகங்கள் பிரிவதற்கு சிரமப்பட்டிருக்கும், அதற்குப் பதிலாக சில மிகப் பாரிய பொருட்களை ஆதரித்திருக்கும்.

அதுதான் கோட்பாடு. கவனிப்பு மிகவும் சிக்கலானதாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. JWST இந்தத் தூய்மையான விண்மீன் வெடிப்புகளின் தடயங்களைக் கண்டறிந்துள்ளது — எதிர்பாராத விதமாக, தொலைநோக்கி ஏவப்படுவதற்கு முன் எழுதப்பட்ட மாதிரிகள் எதிர்பார்த்ததை விட மிகவும் தாமதமான காலங்களில். மறுஅயனியாக்கல் சகாப்தத்தின் முடிவை நெருங்கி அமைந்துள்ள சில விண்மீன் மண்டலங்கள் இந்த உலோகமற்ற விண்மீன் வெடிப்புகளிலிருந்து தோன்றுவதாகத் தெரியும் அம்சங்களைக் காட்டுகின்றன, ஆனால் அவை கணிக்கப்பட்டதை விட நூற்றுக்கணக்கான மில்லியன் ஆண்டுகள் தாமதமாகத் தோன்றுகின்றன.

ஆரம்பகால வாயு மேகங்கள் தப்பிக்க வேண்டிய இரண்டு பொறிகள்

JWST காண்பதற்குப் பொருந்தும் அளவுக்கு Population III விண்மீன் வெடிப்புகள் நீடிக்க, அவற்றை உருவாக்கிய வாயு மேகங்கள் ஒரு குறுகிய ஊசியில் நூல் கோர்க்க வேண்டியிருந்தது. இரண்டு இருப்புப் பொறிகளைத் தவிர்க்க வேண்டியிருந்தது:

• முன்கூட்டிய சரிவு: ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் மேகங்கள் உள்நோக்கி விழுந்து மிக விரைவாக பற்றவைக்க அனுமதிக்கப்படக்கூடாது.
• உலோக மாசுபாடு: அருகிலுள்ள சூப்பர்நோவாக்களால் சிதறடிக்கப்பட்ட கனமான தனிமங்களால் மாசுபடுவதிலிருந்து மேகங்கள் தப்பிக்க வேண்டும்.

இந்தக் கட்டுப்பாடுகள் ஒவ்வொன்றும் ஆரம்பகால பிரபஞ்சத்தின் குழப்பமான சூழலில் திருப்திப்படுத்துவது கடினம், மேலும் அவை ஒன்றாகச் சேர்ந்து முதல் விண்மீன்கள் எளிய மாதிரிகள் கூறுவதை விட மிக நீண்ட காலம் எடுத்திருக்கலாம் என்பதை விளக்க உதவுகின்றன.

குளிர்ந்த வாயு ஏன் எல்லாவற்றையும் இயக்குகிறது

மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் மட்டுமே குளிர்விப்பான்

ஆதிகால பிரபஞ்சத்தில், வாயு தன் சொந்த ஈர்ப்பு விசையின் கீழ் சரிய, அது குளிர்வதற்கு ஒரு வழியைக் கண்டுபிடிக்க வேண்டும். ஒரு மேகம் போதுமான அளவு அடர்த்தியாக வளர்ந்ததும், அது வெப்பமடையும் — அந்த வெப்பம் அதை மீண்டும் வெளிநோக்கி விரிவடையச் செய்யும். கிடைக்கக்கூடிய ஒரே குளிர்விப்பான் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் (H2) ஆகும். அந்த மூலக்கூறு முதல் விண்மீன்களின் உருவாக்கத்தில் மையமாக இருந்தது: இருண்ட பொருள் போதுமான வாயுவை போதுமான அளவு நெருக்கமாக இழுத்து, அணுக்கரு இணைவு இறுதியாக பற்றவைக்க உதவியது.

இங்குதான் காலவரிசை சங்கடமாகிறது. அண்ட வரலாற்றின் பிந்தைய கட்டங்களில், மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் அதிகமாக இருந்தது. கோட்பாட்டளவில், அது Population III விண்மீன் உருவாக்கத்தை எளிதாக்கியிருக்க வேண்டும், கடினமாக்கியிருக்கக்கூடாது — மேலும் அந்த விண்மீன்கள் குறுகிய ஆயுட்காலம் கொண்டவை என்பதால், JWST இப்போது கண்டுபிடிக்கும் சகாப்தங்களுக்கு முன்பே அவை எரிந்து முடிந்திருக்க வேண்டும்.

சூப்பர்நோவாக்களால் மாசுபடுவதைத் தவிர்த்தல்

இரண்டாவது பொறி வேதியியல் சார்ந்தது. ஒரு பாரிய விண்மீன் இறக்கும்போது, அது கனமான தனிமங்களை அதன் சுற்றுப்புறத்தில் சிதறடிக்கிறது. அத்தகைய வெடிப்புக்கு மிக அருகில் செல்லும் எந்த ஆதிகால மேகமும் உலோகங்களால் செறிவூட்டப்படும், அதன் அடுத்தடுத்த விண்மீன் உருவாக்கம் இனி Population III ஆக தகுதி பெறாது. எனவே ஆரம்பகால மேகங்களை அண்டை சூப்பர்நோவா குப்பைகளிலிருந்து தனிமைப்படுத்துவது ஒரு சிறு விவரம் அல்ல, ஒரு தேவை.

தாமத வழிமுறையாக லைமன்-வெர்னர் கதிர்வீச்சு

பிரச்சனை அதிக மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் என்றால், ஒரு சாத்தியமான தீர்வு அதில் சிலவற்றை அகற்றுவதுதான் — பிரபஞ்சம் ஒரு வழிமுறையை வழங்குகிறது. லைமன்-வெர்னர் (LW) கதிர்வீச்சு என்பது மென்மையான புற ஊதா ஃபோட்டான்களைக் கொண்டது, அவை தொடர்பு கொள்ளும்போது மூலக்கூறு ஹைட்ரஜனைப் பிரித்து, அணு ஹைட்ரஜனாக உடைக்கின்றன.

ஒரு பகுதியிலிருந்து H2 ஐ அகற்றுவதன் மூலம், LW கதிர்வீச்சு அந்த மேகங்கள் சார்ந்திருக்கும் குளிர்விப்பானையே நீக்குகிறது. அது குளிர்வு செயல்முறையை மெதுவாக்கி, அதன் மூலம் ஈர்ப்பு சரிவை ஒத்திவைக்கிறது. உண்மையில், போதுமான வலிமையான லைமன்-வெர்னர் ஃபோட்டான் பின்னணி ஆதிகால வாயுவை நிலைத்தன்மையில் வைத்திருக்க முடியும், Population III விண்மீன் உருவாக்கத்தை பிந்தைய காலங்களுக்குத் தள்ளி, கோட்பாட்டு கணிப்புகளை JWST உண்மையில் கவனிக்கும் விஷயங்களுடன் நெருக்கமாக இணைக்க முடியும்.

JWST எதை உறுதிப்படுத்த முடியும், முடியாது

JWST இன் பலம் அண்ட விடியலை நோக்கி பின்னோக்கிப் பார்க்கும் திறன், ஆனால் இதுவரை சேகரிக்கப்பட்ட சான்றுகள் மறைமுகமானவையே. வானியலாளர்கள் தனிப்பட்ட Population III விண்மீன்களைப் பார்க்கவில்லை; அவர்கள் மறுஅயனியாக்கல் சகாப்தத்தின் முடிவை நெருங்கிய விண்மீன் மண்டலங்களில் உள்ள கையொப்பங்களைப் படித்து, தூய்மையான விண்மீன் வெடிப்புகள் அவற்றை விளக்க முடியுமா என்று கேட்கிறார்கள். அந்தக் கண்டறிதலை உறுதிப்படுத்த, பிற விளக்கங்களை — செறிவூட்டப்பட்ட விண்மீன் மக்கள்தொகைகள், அசாதாரண ஆரம்ப நிறை பரவல்கள், அல்லது எதிர்பாராத தூசி நடத்தை — நிராகரிக்க வேண்டும்.

Jeon இன் பகுப்பாய்வு கேள்வியை இயற்பியல் வரம்புகளின் அடிப்படையில் வகுக்கிறது: குளிர்வு கட்டுப்பாடுகள், கதிர்வீச்சு சூழல், மற்றும் மாசுபாட்டின் ஆபத்து ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொண்டு, முதல் தலைமுறை விண்மீன் வெடிப்பு எவ்வளவு பெரியதாக வளர முடியும்? ஒரு தெளிவான உச்சவரம்பு — அல்லது அது இல்லாதது — பார்வையாளர்களுக்கு ஒரு உறுதியான இலக்கையும், போட்டி மாதிரிகளை உண்மையான தரவுகளுடன் சோதிக்கும் வழியையும் வழங்கும்.

முன்னோக்கிய பாதை

Population III விண்மீன்களுக்கான தேடல் கோட்பாடு மற்றும் கருவி திறனின் குறுக்குவெட்டில் அமைந்துள்ளது. லைமன்-வெர்னர் கதிர்வீச்சு ஆரம்பகால விண்மீன் உருவாக்கத்தை எவ்வாறு வடிவமைக்கிறது என்பதற்கான சிறந்த மாதிரிகள், வானியலாளர்கள் எங்கு பார்க்க வேண்டும், முதல் விண்மீன் வெடிப்புகள் எப்போது தோன்றியிருக்க வேண்டும் என்பதைச் சொல்ல முடியும். இதற்கிடையில், ஆழமான JWST கவனிப்புகள், எந்தவொரு சாத்தியமான மாதிரியும் தாக்குப்பிடிக்க வேண்டிய தரவுப் புள்ளிகளைத் தொடர்ந்து சேர்க்கின்றன.

இப்போதைக்கு, பிரபஞ்சத்தின் முதல் விண்மீன்கள் உறுதிப்படுத்தப்பட்ட காட்சியாக அல்லாமல் ஒரு கணிப்பாகவே உள்ளன. ஆனால் ஒவ்வொரு புதிய ஆய்வும் சாளரத்தைக் குறுகலாக்குகிறது — மேலும் அந்த மகத்தான, உலோகமற்ற விண்மீன் வெடிப்புகள் நூற்றுக்கணக்கான மில்லியன் ஆண்டுகள் கழித்து கண்டறியக்கூடிய தடயங்களை விட்டுச் சென்றிருக்கக்கூடும் என்ற சாத்தியம், இந்தத் துறையை தொடர்ந்து செயல்பட வைக்கும் ஒரு புதிர் வகையே.

இந்தக் கட்டுரை Universe Today இன் செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.