|
نخستین ستارگان کیهان
نوشته : ریچارد بی. لارسون و ولکر برومن
ترجمه : سيد مهدی میر فتحی sam_ramsar @yahoo.com
کارشناس ارشد فیزیک
============================================================
قسمت اول
ما
در دنیایی مملو از اشیاء نورانی زندگی می کنیم در شبی صاف یک شخص با
چشمان غیر مسلح می تواند هزاران ستاره را ببیند . این ستار گان تنها
بخش نزدیک کوچکی از کهکشان راه شیری را اشغال کرده اند ، تلسکوپها
قلمرو بسیار عظیمی را آشکار کرده اند که با نور بیلیونها ستاره می
درخشند. به هر حال بر اساس دانش کنونی ما از کیهان ، جهان برای یک دوره
طولانی از تاریخ ابتدایی خود تاریک و بدون ترکیبی خاص بوده است .
نخستین ستارگان شاید تا صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ و تا حدود یک
بیلیون سال گذشته قبل از تکثیرکهکشانها نمایان نشده بودند.
ستاره شناسان بسیار متعجب شده بودند که چگونه این تغیییر و تحول از
تاریکی به سوی روشنایی صورت گرفته بود؟
===================================================================================
پس از دهه ها تحقیق محققین اخیرا توانسته اند گامهای بلندی بردارند ،
تا به این پرسش پاسخ گویند که چگونه نخستین ستارگان شکل گرفته اند؟ با
استفاده از تکنیکهای پیشرفته رایانه ای کیهان شناسان توانسته اند
مدلهایی را ارائه دهند که نشان می دهد تغییرات و نوسانات چگالی از زمان
انفجار بزرگ چگونه می توانسته است باعث پیدایش نخستین ستاره گردد. در
ادامه مشاهدات پیرامون کوازارهای متفاوت به دانشمندان این اجازه را داد
تا به عقب بر گردند و برداشتی از روزهای آخر سالهای تاریک کیهان بگیرند
. مدلهای جدید تاکید دارند که نخستین ستار گان بسیار شبیه جرمهای سبک
ودر خشان بوده اند وشکل گیری آنها یک رخداد دوره ای بوده است.که به طور
اساسی باعث تغییر کیهان و تکامل بعدی آن شده است .همچنین این ستارگان
دینامیک کیهان را با گرم کردن و یونیزه کردن گازهای مجاور تغییر داده
اند علاوه بر این نخستین ستار گان عناصر سنگین اولیه را تولید ودر فضا
توزیع کرده اند که این امر باعث هموار کردن راه برای شکل گیری احتمالی
سیستم خورشیدی شبیه منظومه خورشیدی خودمان راه شیری شده است. در ضمن
فرو ریختن بعضی از این ستار گان اولیه احتمالا بذر رشد سیاهچاله های پر
جرم را نهاده است که درقلب کهکشانها شکل گرفته اند و منبع قدرت تماشایی
از کوازارها شده اند و در یک کلام ستارگان نخستین ظهور دنیایی را ممکن
کرده اند که ما امروزه هر چیزی را از کهکشانها و کوازارها گرفته تا
سیارات و انسانها می بینیم.
===================================================================================
دوران تاریکی
فقدان مشاهدات صریح ومستقیم مزاحم تحقیق پیرامون کیهان اولیه است .
ستاره شناسان قادر هستند تا بخش بزرگی از تاریخ کیهان را با استفاده از
تلسکوپهای عظیمشان ، در کهکشانهای متفاوت و کوازارهایی که نورشا ن را
از بیلیونها سال پیش منتشر کرده اند، معاینه کنند! سن هر شی با استفاده
از اشعه قرمز که ناشی از نور آن شی است قابل تشخیص است که نشان دهنده
میزان انبساط نور از زمانی است که کیهان منبسط شده است . کهکشان های
قدیمی و کوازارهایی که تا کنون مشاهده شده اند در حدود بیلیونها سال پس
از انفجار بزرگ شکل گرفته اند البته این با در نظر گرفتن این نکته است
که عمر کنونی کیهان12 تا 14 بیلیون سال فرض می گردد. با همه این اوصاف
محققین به تلسکوپهای مجهز تری نیاز دارند تا اجرام متفاوت بیشتری را که
از زمانهای آرام ابتدایی شکل گرفته اند ، مشاهده کنند. در هر صورت
کیهان شناسان می توانند در مورد کیهان نخستین استنتاج هایی دا شته
باشند که پایه واساس آن تشعشع پس زمینه ریز موج کیهانی است، که 400
هزار سال پس از انفجار بزرگ منتشر شده است.
یکنواختی این تشعشع بر این نکته دلالت دارد که توزیع ماده در آن زمان
بسیار آرام بوده است . نکته دیگر آنکه به دلیل عدم وجود اجرام درخشان
برای آشفتگی آن سوپ بدوی ، این سوپ کیهانی باید برای میلیونها سال آرام
و بدون ترکیبی خاص باقی مانده باشد و بلافاصله با انبساط کیهان تشعشعات
پس زمینه به سوی طول موجهای بالاتر قرمز سوق یافت و کیهان سرد وتاریک
شد.
ستاره شناسان مشاهداتی از این دوره تاریک ندارند . امابا گذشت بیلیونها
سال پس از انفجاربزرگ ، بعضی از کهکشانها و کوازارها نمایان شدند و
اینگونه می توان استنباط کرد که ستارگان نخستین باید اندکی پیش تر شکل
گرفته باشند.چه هنگام این نخستین اجرام درخشان شکل گرفته اند و تازه
چگونه ممکن است که آنها شکل گرفته باشند ؟
بسیاری از اختر فیزیکدانها از جمله مارتین ریس از دانشگاه کامبریج و
آبراهام لوئب از دانشگاه هاروارد ، کمکهای علمی زیادی برای حل این
مسائل کردند .تحقیقات اخیر با مدلهای استانداری ازکیهان که تکامل آنرا
با پیروی از انفجار بزرگ توصیف می کند ، آغاز شد .اگر چه دنیای اولیه
به صورت قابل ملاحظه ای آرام بود با اینحال تشعشعات پس زمینه ای شواهدی
از توده های کوچک از سوپ بدوی که نشان دهنده درجه افت و خیز چگالی است
را نشان دادند .مدلهای کیهانی پیش بینی می کنند که این توده ها بر اسا
س قوانین حد گرانشی به تدریج ظاهر شده اند . ابتدا سیستم های کوچک شکل
خواهند گرفت و سپس در حالتی با تراکمی زیاد فرو خواهد ریخت . در ادامه
مناطق متراکم شکل شبکه ای از رشته ها را به خود خواهند گرفت وسیستم های
شکل گیری ستارگان نخستین پیش کهکشان های کوچک در گره های این شبکه به
هم خواهند پیوست. به صورت مشابه این پیش کهکشانها با فرو پاشی
خودکهکشان ها را شکل می دهند و مجموعه کهکشانها در خوشه های کهکشانی
جمع خواهند شد . چگونگی این سامانه در پی خواهد آمد ؛ هر چند شکل گیری
کهکشان هم اکنون کامل شده است اما کهکشانها هنوز در خوشه هایی که به
صورت مجتمع هستند به سوی شبکه رشته ای وسیعی که در طول گیتی کشیده شده
است دسته بندی می شوند .
برطبق مدلهای کیهانی نخستین سیستم های کوچک قابل شکل گیری ستارگان باید
به100 تا 250 میلیون سال پس از انفجار بزرگ باز گردداین پسش کهکشانها
بین 100 هزار تا یک میلیون بار ا زخورشید سنگین تر هستند و طبق محاسبا
ت در حدود 30تا100 سال نوری از ما فاصله دارند . این خصوصیات شبیه به
ویژگیهای ابرهای گازی مولکولی در ستاره هایی می باشند که دقیقا در
کهکشان راه شیری شکل گرفته اند اما نخستین پیش کهکشانها از چند جهت با
آنها تفاوت دارند ، نخستین اختلاف این است که آنها از مقدار زیادی ماده
تاریک تشکیل شده اند ذره عنصری شناخته شده ای که عقیده بر این است که
90 در صد جرم جهان را تشکیل داده است . در کهکشانهای بزرگ کنونی ،ماده
تاریک از مواد معمولی جدا شده است به علاوه کمواد معمولی در منطقه
داخلی کهکشان جمع شده اند جایی که ماده تاریک مانده پراکنده می شوند در
طول هاله خارجی شناخته شده ای . اما در پیش کهکشانها ماده معمولی هنوز
با ماده تاریک به صورت مخلوط موجود است .
دومین تفاوت مهم این است که پیش کهکشانها شامل مقدار نا مشخصی از هر
ذره در کنار هلیوم و هیدروژن می باشند . انفجار بزرگ هلیوم و هیدروژن
را تولید کرد اما بسیاری از عناصر سنگین تر فقط به وسیله انفجارهای
درون هسته ای در ستارگان خلق شدند بنابراین انها قبل از شکلگیر ی اولین
ستاره ها حضور نداشتند . ستاره شناسان از واژه فلز برای این نوع عناصر
استفاده کردند ستاره گان جوان پر از فلز در کهکشان راه شیری ،جمعیت
شماره یک ستارگان نامیده می شوند و شتارگان پیر فقیر از لحاظ عناصر
فلزی ، جمعیت شماره دو ستارگان نامیده می شوند با استفاده از این شیوه
نامگذاری ستارگان بدون فلز (نوع اول ستارگان)گاهی اوقات جمعیت شماره دو
ستارگان نامیده می شوند .
در غیاب فلزات طبیعت سیستم شکل گیری نخستین ستاره به مراتب ساده تر
خواهد شد نسبت به حالت کنونی که شامل ابرهای مولکولی گازی است.برای
توضیح بیشتر مدلهای کیهان شناسی می توانند به طور ساده توصیف کاملی را
از شرایط اولیه ای که باعث آفرينش نخستين ستارگان شده است بهبود ببخشند
، در مقابل ستارگانی که از ابرهای گازی مولکولی متولد شده اند در محیطی
کامل ، که بر اثر شکل گیری ستارگان پیشین تغییر یافته است رشد می کنند
.بنابراین ممکن است برای دانشمندان تهیه مدلی از نخستین ستارگان بسیار
راحتتر از ساختن مدلی باشد که چگونگی حضور ستارگان از همان ابتدا را
نشان دهد .در هر صورت مشکل تقاضای موردی برای تحقیق تئوری است و چندین
گروه تحقیقاتی محاسبات رایانه ای را برای نمایش دادن شکل گیری نخستین
ستارگان مورد استفاده قرار داده اند .
گروهی با حضور تام آبل ،گِرگ برایان و مایکل نورمن که به تر تیب
دردانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ،دانشگاه صنعتی ماساچوست و دانشگاه
کالیفرنیا در سن دیگو هستند مدلهای واقع گرایانه بسیاری را درست کرده
اند . در همکاری با پائولو کوئی از دانشگاه یاله ، ما شبیه سازیهای
بسیاری را بر اساس فرض های ساده تر انجام دادیم . اما قصد بر این بود
تا حیطه وسیعی از احتمالات جستجو گردد. تورو تیسورایب که هم اکنون
مشغول فعالیت در دانشگاه اوزاکا در ژاپن است محاسبات مشابهی را با
استفاده از رایانه هایی قدرتمند انجام داد .فیوسیتاکا ناکامورا و ماسا
یوکی اومئورا که هم اکنون در دانشگاه های نیگاتا و تسوکوبای ژاپن حضور
دارند با یک شبیه سازی ایده آل تری فعالیت را ادامه دادند ولی نتایج
کارشان آموزنده بوده است . هر چند این تحقیقات در جزییات متفاوتند با
اینحال همگی آنها توصیف یکسانی از چگونگی پیدایش و تولد نخستین ستارگان
در کیهان دارند .
|
