ابرنواخترها در کیهان اولیه به سادگی شگفت انگیز هستند. به خصوص زمانی که ستارگانی که منفجر شدند، هیولاهای ستاره ای با جرم 20 برابر خورشید بودند.
اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، یکی از دورترین و در نتیجه اولین ابرنواخترهای ستارگانی که تاکنون دیده شده اند را کشف کردند. این انفجار که حدود 2 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ کیهان را تکان داد، مرگ چنین ستاره هیولایی را نشان داد.
این ابرنواختر که به عنوان بخشی از برنامه JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) کشف شد، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا جزئیات بیشتری را به تصویر کیهانی زندگی و مرگ ستاره‌ای که در حال ساخت هستند اضافه کنند.
این ابرنواختر با نام AT 2023adsv حدود 11.4 میلیارد سال پیش در یک کهکشان عظیم اولیه منفجر شد. به طور هیجان انگیز، این انفجار ستاره ای ممکن است کمی متفاوت از ابرنواخترهایی باشد که اخیراً در جهان محلی رخ داده اند. به ویژه، به نظر می رسد که انفجار پرانرژی بیش از حد قوی بوده است.
“ستاره های اول با ستاره های امروزی بسیار متفاوت بودند. دیوید کولتر، عضو تیم JADES و محقق انستیتوی علمی تلسکوپ فضایی (STScI) در دویست و چهل و پنجمین نشست انجمن نجوم آمریکا (AAS) در بندر ملی مریلند گفت: آنها عظیم بودند، داغ بودند و انفجارهای واقعاً عظیمی داشتند. دوشنبه (13 ژانویه). “ما نمی دانیم چقدر [supernovas] JWST پیدا خواهد کرد، اما ما می‌توانیم به سمت منشأ این اولین ستارگان حرکت کنیم و امیدواریم انفجارهای آنها را ببینیم.”
داستان زندگی ستاره ای، مرگ و تولد دوباره
کیهان اولیه در مقایسه با کیهان مدرن نسبتاً کسل کننده بود، به خصوص وقتی محتوای شیمیایی آن را در نظر بگیریم. این به این دلیل است که عمدتاً هیدروژن، سبک ترین و ساده ترین عنصر، با مقداری هلیوم، دومین عنصر سبک بود. در جهان نوزاد، تنها چند عنصر سنگین‌تر وجود داشت که اخترشناسان تا حدودی آنها را «فلزات» می‌نامند.
اولین نسل از ستارگان، که به عنوان ستارگان جمعیت III شناخته می شوند (نه ستاره های جمعیت I، همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید)، از تکه های بیش از حد متراکم در این سوپ کیهانی سبک مواد تشکیل دهنده متولد شده اند. این ستاره ها شروع به همجوشی هیدروژن و هلیوم به عناصر سنگین تر کردند.
وقتی پرجرم ترین ستارگان (با جرم بیش از 8 برابر خورشید) به انتهای ذخایر سوخت همجوشی هسته ای خود رسیدند، هسته آنها فرو ریخت و سیاهچاله ها یا ستاره های نوترونی ایجاد شد، در حالی که لایه های بیرونی غنی از فلز آنها در انفجارهای ابرنواختری منفجر شد. .
این فرآیند باعث ایجاد ابرهای هیدروژن و هلیوم در اولین کهکشان‌های دارای عناصر سنگین شد. این بدان معناست که وقتی تکه‌های بیش از حد متراکم در این ابرهای غنی‌شده برای ایجاد ستاره‌های جدید فرو ریختند، این نسل دوم از ستارگان (جمعیت II) نسبت به نسل اول غنی‌تر از فلز بود.
این امر تکرار شد تا نسل سوم ستارگان با فلزات بیشتری متولد شود. این سومین نسل از اجرام ستاره‌ای است، ستارگان جمعیت I (باز هم نه ستاره‌های Pop III که ممکن است انتظار داشته باشید) که ستاره ما، خورشید، به آن تعلق دارد.
با این حال، در حالی که ممکن است این یک مورد از تکرار تاریخ کیهانی به نظر برسد، چیزی متفاوت در مورد دور اول ابرنواخترها وجود داشت.
دانشمندان بر این باورند که ماهیت فقیر از فلز این ستارگان باعث می شود عمر کوتاه تری داشته باشند. همچنین انفجارهای ابرنواختری که پایان این عمر را نشان می‌دهند، خشن‌تر از مرگ ستاره‌های نسل بعدی می‌شود.
این ابرنواخترهای اولیه باید فوق العاده درخشان باشند و بنابراین برای JWST قابل مشاهده هستند. در واقع، همکاری JADES که به مطالعه تولد و تکامل کهکشان‌های اولیه می‌پردازد، تاکنون بیش از 80 ابرنواختر باستانی را شناسایی کرده است.
کریستا دکورسی، عضو تیم و محقق دانشگاه آریزونا توسان در بیانیه‌ای گفت: «مطالعه انفجارهای ابرنواختر دوردست تنها راه برای مطالعه ستارگان منفرد است که این کهکشان‌های اولیه را پر می‌کنند». “تعداد انبوه کشف ها به علاوه فواصل زیاد تا این ابرنواخترها دو نتیجه هیجان انگیز مطالعه ما هستند.”
یک ابرنواختر اولیه با پیچش
ترکیب شیمیایی AT 2023adsv به این معنی است که به عنوان یکی از اولین ابرنواخترها شناخته می شود.
کولتر ادامه داد: «این ابرنواختر آنقدر دور است، و بنابراین در زمان بسیار دور است، که زمانی که نور برای اولین بار به ما رسید، جهان کمتر از 2 میلیارد سال سن داشت. «این بدان معناست که این نور 6 میلیارد سال قبل از تشکیل خورشید سفر کرده است.
بنابراین این ابرنواختر همچنین در محیطی اتفاق افتاد که به نظر بسیار متفاوت از محیطی است که ستاره خانگی ما امروز در آن زندگی می کند.
در حالی که AT 2023adsv واقعاً شبیه محیط فقیر از فلز جهان اولیه است که در آن ستاره ای که برای پرتاب آن منفجر شد، متولد شد، یک یا دو پیچ وجود دارد.
کولتر در این بیانیه گفت: “به نظر می رسد که این یک پسر عموی نزدیک ابرنواخترهای محلی است که در محیط های بکر مشابه مشاهده شده است.” با این حال، شباهت در همین جا متوقف می شود – به نظر می رسد 2023adsv زمانی ستاره ای با جرم خاص بوده است، شاید تا 20 برابر جرم خورشید ما باشد.
ستاره هایی با چنین اندازه های هیولایی در جهان محلی و مدرن کم هستند. 2023adsv همچنین با انرژی تقریباً دو برابر انرژی ابرنواختر متوسطی که توسط ستارگان پرجرم مجاور به وجود آمده بود، منفجر شد.
تاکاشی موریا، عضو تیم و نظریه‌پرداز رصدخانه ملی نجوم ژاپن، گفت: «انرژی بالای انفجار 2023adsv ممکن است نشان‌دهنده این باشد که خواص انفجارهای ابرنواختر ممکن است در جهان اولیه متفاوت بوده باشد، اما ما برای تأیید این ایده به مشاهدات بیشتری نیاز داریم.
JWST در سال 2026، زمانی که ناسا تلسکوپ فضایی بزرگ بعدی خود، تلسکوپ فضایی نانسی گریس را به فضا پرتاب کند، به جستجو برای اولین و دورترین انفجار فضایی خواهد پیوست.
تخمین‌های کنونی نشان می‌دهد که میدان دید وسیع رومن، هزاران ابرنواختر اولیه را برای چشم مادون قرمز حساس JWST برای پالایش و مطالعه پیدا می‌کند.
تحقیقات این تیم در 245 امین نشست AAS در روز دوشنبه ارائه شد و یک مقاله پیش چاپ در سایت مخزن arXiv موجود است.
