জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা বলছেন যে তারা মহাবিশ্বের প্রথম তারা খুঁজে পেয়েছেন

জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপ (জেডব্লিউএসটি) থেকে তথ্য নিয়ে জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের একটি দল দূরবর্তী ছায়াপথে হিলিয়ামের একটি বিরল আইসোটোপ থেকে আলোর ঝলক দেখেছে, যা মহাবিশ্বের প্রথম প্রজন্মের তারার উপস্থিতি নির্দেশ করতে পারে।

এই দীর্ঘ-চাওয়া, অযোগ্যভাবে "পপুলেশন III" নাম দেওয়া নক্ষত্রগুলি মহাবিশ্বের আদিম গ্যাস থেকে তৈরি হাইড্রোজেন এবং হিলিয়ামের বিশাল বল হতে পারে। তাত্ত্বিকরা 1970-এর দশকে এই প্রথম ফায়ারবলগুলিকে কল্পনা করতে শুরু করেছিলেন, অনুমান করেছিলেন যে, অল্প জীবনকালের পরে, তারা সুপারনোভা হিসাবে বিস্ফোরিত হয়েছিল, ভারী উপাদানগুলি তৈরি করে এবং মহাজাগতিকতায় ছড়িয়ে পড়ে। সেই নক্ষত্রের উপাদানটি পরবর্তীতে জনসংখ্যা II নক্ষত্রের জন্ম দিয়েছে যা ভারী উপাদানগুলিতে প্রচুর পরিমাণে রয়েছে, তারপরে আরও সমৃদ্ধ জনসংখ্যা I নক্ষত্র যেমন আমাদের সূর্য, সেইসাথে গ্রহ, গ্রহাণু, ধূমকেতু এবং শেষ পর্যন্ত জীবন নিজেই।

"আমাদের অস্তিত্ব আছে, তাই আমরা জানি সেখানে নিশ্চয়ই প্রথম প্রজন্মের তারা ছিল," বলেন রেবেকা বোলার, যুক্তরাজ্যের ম্যানচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন জ্যোতির্বিজ্ঞানী।

এখন বেইজিংয়ের চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের জ্যোতির্বিজ্ঞানী জিন ওয়াং এবং তার সহকর্মীরা মনে করেন যে তারা তাদের খুঁজে পেয়েছেন। "এটি সত্যিই পরাবাস্তব," ওয়াং বলেছেন। নিশ্চিতকরণ এখনও প্রয়োজন; দলের কাগজ, প্রিপ্রিন্ট সার্ভার arxiv.org এ পোস্ট করা হয়েছে 8 ডিসেম্বর, এ পিয়ার পর্যালোচনার জন্য অপেক্ষা করছে প্রকৃতি.

এমনকি যদি গবেষকরা ভুল হন, তবে প্রথম তারাগুলির আরও বিশ্বাসযোগ্য সনাক্তকরণ খুব বেশি দূরে নয়। JWST, যা জ্যোতির্বিজ্ঞানের বিশাল অংশকে রূপান্তরিত করা, তাদের দেখতে স্থান এবং সময়ে অনেক দূরে পিয়ার করতে সক্ষম বলে মনে করা হয়। ইতিমধ্যে, বিশাল ভাসমান টেলিস্কোপ দূরবর্তী গ্যালাক্সিগুলি সনাক্ত করেছে যার অস্বাভাবিক উজ্জ্বলতা পরামর্শ দেয় যে তারা জনসংখ্যা III তারা থাকতে পারে। এবং অন্যান্য গবেষণা গোষ্ঠীগুলি JWST এর সাথে তারাগুলি আবিষ্কার করতে আগ্রহী তারা এখন তাদের নিজস্ব ডেটা বিশ্লেষণ করছে। "এটি একেবারে উষ্ণতম প্রশ্নগুলির মধ্যে একটি," বলেন মাইক নরম্যান, ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ, সান দিয়েগো, যিনি কম্পিউটার সিমুলেশনে নক্ষত্র অধ্যয়ন করেন।

একটি সুনির্দিষ্ট আবিষ্কার জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের নক্ষত্রের আকার এবং চেহারা, কখন তারা বিদ্যমান ছিল এবং কীভাবে, আদিম অন্ধকারে, তারা হঠাৎ করে আলোকিত হয়েছিল তা পরীক্ষা করার অনুমতি দেবে।

"এটি সত্যিই মহাবিশ্বের ইতিহাসে সবচেয়ে মৌলিক পরিবর্তনগুলির মধ্যে একটি," বোলার বলেছেন।

জনসংখ্যা III

বিগ ব্যাংয়ের প্রায় 400,000 বছর পর, ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন হাইড্রোজেন এবং হিলিয়াম পরমাণুতে একত্রিত হওয়ার জন্য যথেষ্ট স্থির হয়। তাপমাত্রা যতই কমতে থাকে, ততই অন্ধকার পদার্থ ক্রমশ জমাট বেঁধে যায়, তার সাথে পরমাণুগুলোকে টেনে নিয়ে যায়। ক্লাম্পের ভিতরে, হাইড্রোজেন এবং হিলিয়াম মাধ্যাকর্ষণ দ্বারা স্কুশ করা হয়েছিল, গ্যাসের বিশাল বলগুলিতে ঘনীভূত হয়েছিল যতক্ষণ না, একবার বলগুলি যথেষ্ট ঘন হয়ে গেলে, তাদের কেন্দ্রগুলিতে হঠাৎ করে পারমাণবিক ফিউশন জ্বলে ওঠে। প্রথম তারার জন্ম হয়েছিল।

জার্মান জ্যোতির্বিদ ওয়াল্টার বাডে শ্রেণীকরণ আমাদের ছায়াপথের নক্ষত্রগুলি 1944 সালে I এবং II প্রকারে পরিণত হয়। পূর্বে আমাদের সূর্য এবং অন্যান্য ধাতু সমৃদ্ধ নক্ষত্র অন্তর্ভুক্ত; পরেরটিতে হালকা উপাদান দিয়ে তৈরি পুরানো তারা রয়েছে। পপুলেশন III নক্ষত্রের ধারণাটি কয়েক দশক পরে সাহিত্যে প্রবেশ করেছে। 1984 সালের একটি গবেষণাপত্রে যা তাদের প্রোফাইল উত্থাপন করেছিল, ব্রিটিশ জ্যোতির্পদার্থবিদ বার্নার্ড কার গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা বর্ণনা করেছেন তারার এই আদি জাতটি হয়তো প্রথম মহাবিশ্বে খেলেছে। "তাদের তাপ বা বিস্ফোরণ মহাবিশ্বকে পুনঃআয়োজন করতে পারত," কার এবং তার সহকর্মীরা লিখেছেন, "... এবং তাদের ভারী-উপাদানের ফলে প্রিগ্যাল্যাক্টিক সমৃদ্ধির একটি বিস্ফোরণ তৈরি হতে পারে, যা ভারী উপাদানে সমৃদ্ধ পরবর্তী তারাগুলির জন্ম দেয়।

কার এবং তার সহ-লেখকরা অনুমান করেছেন যে নক্ষত্রগুলি বিশাল আকারে বেড়ে উঠতে পারে, আমাদের সূর্যের তুলনায় কয়েক লক্ষ থেকে 100,000 গুণ বেশি বৃহদায়তনের মধ্যে যে কোনও জায়গায় পরিমাপ করতে পারে, কারণ প্রাথমিক মহাবিশ্বে প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেন এবং হিলিয়াম গ্যাস পাওয়া যায়।

সীমার ভারী প্রান্তে থাকা তারা, তথাকথিত সুপারম্যাসিভ নক্ষত্রগুলি তুলনামূলকভাবে শীতল, লাল এবং ফুলে উঠত, যার আকার আমাদের প্রায় পুরো সৌরজগতকে ঘিরে রাখতে পারে। জনসংখ্যা III নক্ষত্রের ঘন, আরও বিনয়ী আকারের রূপগুলি আমাদের সূর্যের জন্য মাত্র 50,000 ডিগ্রির তুলনায় প্রায় 5,500 ডিগ্রী সেলসিয়াস পৃষ্ঠের তাপমাত্রা সহ নীল গরম হয়ে উঠত।

2001 সালে, নরম্যানের নেতৃত্বে কম্পিউটার সিমুলেশন ব্যাখ্যা করে কিভাবে এত বড় তারা তৈরি হতে পারে. বর্তমান মহাবিশ্বে, গ্যাসের মেঘ অনেক ছোট তারায় বিভক্ত। কিন্তু সিমুলেশনগুলি দেখায় যে প্রাথমিক মহাবিশ্বে গ্যাসের মেঘগুলি আধুনিক মেঘের তুলনায় অনেক বেশি গরম হওয়ায় সহজে ঘনীভূত হতে পারে না এবং তাই তারা গঠনে কম দক্ষ ছিল। পরিবর্তে, পুরো মেঘগুলি একটি একক, দৈত্য তারাতে ভেঙে পড়বে।

তাদের বিশাল অনুপাতের অর্থ হল তারাগুলি স্বল্পস্থায়ী, সর্বাধিক কয়েক মিলিয়ন বছর স্থায়ী। (আরও বৃহদাকার নক্ষত্রগুলি তাদের উপলব্ধ জ্বালানীর মাধ্যমে আরও দ্রুত পুড়ে যায়।) যেমন, জনসংখ্যা III মহাবিশ্বের ইতিহাসে দীর্ঘস্থায়ী হত না - সম্ভবত কয়েকশ মিলিয়ন বছর যখন আদিম গ্যাসের শেষ পকেটগুলি ছড়িয়ে পড়ে।

অনেক অনিশ্চয়তা আছে। এই তারকারা সত্যিই কতটা বিশাল হয়ে উঠেছে? মহাবিশ্বের কত দেরিতে তাদের অস্তিত্ব ছিল? এবং প্রথম মহাবিশ্বে তারা কতটা প্রচুর ছিল? "তারা আমাদের নিজস্ব ছায়াপথের নক্ষত্র থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন তারা," বোলার বলেছিলেন। "এগুলি এমন আকর্ষণীয় বস্তু।"

যেহেতু তারা অনেক দূরে এবং এত সংক্ষিপ্তভাবে বিদ্যমান ছিল, তাদের জন্য প্রমাণ খুঁজে পাওয়া একটি চ্যালেঞ্জ ছিল। যাইহোক, 1999 সালে, কলোরাডো বিশ্ববিদ্যালয়ের জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা, বোল্ডার ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন যে নক্ষত্রগুলি একটি কল্পিত স্বাক্ষর তৈরি করুন: হিলিয়াম -2 থেকে আলোর একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি। হিলিয়ামের এই অস্থির রূপটির নিউক্লিয়াসে শুধুমাত্র দুটি প্রোটন থাকে, যখন নিয়মিত হিলিয়ামে দুটি নিউট্রন থাকে। ম্যানচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন জ্যোতির্বিজ্ঞানী জেমস ট্রাসলার ব্যাখ্যা করেছেন, "হিলিয়াম নির্গমন আসলে নক্ষত্রের মধ্যে থেকে উৎপন্ন হয় না।" বরং, এটি তৈরি হয়েছিল যখন নক্ষত্রের উত্তপ্ত পৃষ্ঠ থেকে শক্তিশালী ফোটনগুলি নক্ষত্রের চারপাশের গ্যাসে চষে বেড়ায়।

জেনেভা বিশ্ববিদ্যালয়ের ড্যানিয়েল শ্যায়েরার বলেন, "এটি একটি তুলনামূলকভাবে সহজ ভবিষ্যদ্বাণী।" 2002 সালে ধারণা প্রসারিত. শিকার চলছিল। 

প্রথম তারা খোঁজা

2015 সালে, Schaerer এবং তার সহকর্মীরা ভেবেছিলেন তারা হয়তো কিছু খুঁজে পেয়েছেন। তারা একটি সম্ভাব্য ইঙ্গিত সনাক্ত করা হয়েছে একটি দূরবর্তী, আদিম গ্যালাক্সিতে একটি হিলিয়াম-2 স্বাক্ষর যা জনসংখ্যা III নক্ষত্রের একটি গ্রুপের সাথে সংযুক্ত থাকতে পারে। মহাবিস্ফোরণের 800 মিলিয়ন বছর পরে এটি আবির্ভূত হওয়ার সময়, গ্যালাক্সিটি দেখে মনে হয়েছিল যেন এটি মহাবিশ্বের প্রথম নক্ষত্রের প্রথম প্রমাণ ধারণ করতে পারে।

পরে বোলারের নেতৃত্বে কাজ ফলাফল নিয়ে বিতর্ক করেছেন. “আমরা উৎস থেকে অক্সিজেন নির্গমনের প্রমাণ পেয়েছি। এটি একটি বিশুদ্ধ জনসংখ্যা III দৃশ্যকল্প বাতিল করেছে, "তিনি বলেছিলেন। তখন স্বাধীন দল হিলিয়াম -2 লাইন সনাক্ত করতে ব্যর্থ প্রাথমিক দল দেখেছে। "এটা সেখানে ছিল না," বোলার বলেছিলেন।

অন্যদের ভাল ভাড়া হতে পারে?

জ্যোতির্বিজ্ঞানিবৃন্দ JWST-তে তাদের আশা পিন করেছে, যা 2021 সালের ডিসেম্বরে চালু হয়েছিল। টেলিস্কোপটি, এর বিশাল আয়না এবং ইনফ্রারেড আলোর অভূতপূর্ব সংবেদনশীলতা সহ, এটির আগের যেকোনো টেলিস্কোপের চেয়ে প্রারম্ভিক মহাবিশ্বে আরও সহজে পিয়ার করতে পারে। (কারণ আলো এখানে ভ্রমণ করতে সময় নেয়, টেলিস্কোপটি অস্পষ্ট, দূরবর্তী বস্তুগুলিকে দেখতে পায় যেমনটি তারা অনেক আগে উপস্থিত হয়েছিল।) টেলিস্কোপটি বর্ণালীবীক্ষণও করতে পারে, আলোকে এর উপাদান তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে বিভক্ত করে, যা এটি হিলিয়াম -2 হলমার্কের সন্ধান করতে দেয়। জনসংখ্যা III তারা।

ওয়াং-এর দল JWST-এর লক্ষ্যমাত্রার 2,000-এরও বেশি স্পেকট্রোস্কোপি ডেটা বিশ্লেষণ করেছে। একটি হল দূরবর্তী ছায়াপথ যা বিগ ব্যাং-এর মাত্র 620 মিলিয়ন বছর পরে আবির্ভূত হয়েছিল। গবেষকদের মতে, গ্যালাক্সি দুটি টুকরোয় বিভক্ত। তাদের বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে এক অর্ধেক হিলিয়াম -2 এর মূল স্বাক্ষর রয়েছে বলে মনে হচ্ছে অন্যান্য উপাদানের আলোর সাথে মিশ্রিত, সম্ভাব্যভাবে হাজার হাজার জনসংখ্যা III এবং অন্যান্য নক্ষত্রের একটি হাইব্রিড জনসংখ্যাকে নির্দেশ করে। গ্যালাক্সির দ্বিতীয়ার্ধের স্পেকট্রোস্কোপি এখনও করা হয়নি, তবে এর উজ্জ্বলতা আরও বেশি জনসংখ্যা III-সমৃদ্ধ পরিবেশে ইঙ্গিত দেয়।

"আমরা পুরো গ্যালাক্সিকে কভার করার জন্য পরবর্তী চক্রে JWST-এর জন্য সময় পর্যবেক্ষণ করার জন্য আবেদন করার চেষ্টা করছি," ওয়াং বলেছেন, "এই ধরনের বস্তুগুলি নিশ্চিত করার জন্য একটি শট আছে।"

নরম্যানের মতে গ্যালাক্সি একটি "হেড-স্ক্র্যাচার"। যদি হিলিয়াম -2 ফলাফল যাচাই-বাছাই করে দাঁড়ায়, তিনি বলেন, "একটি সম্ভাবনা হল পপুলেশন III নক্ষত্রের একটি ক্লাস্টার।" যাইহোক, তিনি নিশ্চিত নন যে জনসংখ্যা III তারা এবং পরবর্তী তারা একসাথে এত সহজে মিশে যেতে পারে কিনা।

ড্যানিয়েল ওয়েলেন, পোর্টসমাউথ বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন জ্যোতির্পদার্থবিদ, একইভাবে সতর্ক ছিলেন। "এটি অবশ্যই একটি গ্যালাক্সিতে জনসংখ্যা III এবং জনসংখ্যা II নক্ষত্রের মিশ্রণের প্রমাণ হতে পারে," তিনি বলেছিলেন। যাইহোক, যদিও এটি মহাবিশ্বের প্রথম নক্ষত্রের "প্রথম প্রত্যক্ষ প্রমাণ" হবে, ওয়েলেন বলেছিলেন, "এটি পরিষ্কার প্রমাণ নয়।" অন্যান্য পাইপিং গরম মহাজাগতিক বস্তু হিলিয়াম-2-এর অনুরূপ স্বাক্ষর তৈরি করতে পারে, যার মধ্যে রয়েছে ব্ল্যাক হোলের চারপাশে ঘূর্ণায়মান পদার্থের জ্বলন্ত ডিস্ক।

ওয়াং মনে করেন যে তার দল একটি ব্ল্যাক হোলকে উত্স হিসাবে বাতিল করতে পারে কারণ তারা নির্দিষ্ট অক্সিজেন, নাইট্রোজেন বা আয়নযুক্ত কার্বন স্বাক্ষর সনাক্ত করতে পারেনি যা এই ক্ষেত্রে প্রত্যাশিত হবে। যাইহোক, কাজটি এখনও সহকর্মী পর্যালোচনার জন্য অপেক্ষা করছে, এবং তারপরেও, ফলো-আপ পর্যবেক্ষণগুলি এর সম্ভাব্য ফলাফলগুলি নিশ্চিত করতে হবে।

ট্রেইল উপর গরম

JWST ব্যবহার করে অন্যান্য গোষ্ঠীও প্রথম তারার জন্য শিকার করছে।

হিলিয়াম-2 খোঁজার পাশাপাশি, 2018 সালে অ্যারিজোনা স্টেট ইউনিভার্সিটির জ্যোতির্বিজ্ঞানী রজিয়ার উইন্ডহর্স্ট এবং সহকর্মীদের দ্বারা প্রস্তাবিত আরেকটি অনুসন্ধান পদ্ধতি হল মাধ্যাকর্ষণ ব্যবহার করুন প্রারম্ভিক মহাবিশ্বে পৃথক নক্ষত্র দেখতে গ্যালাক্সির বিশাল ক্লাস্টার। আলোকে বাঁকাতে এবং আরও দূরবর্তী বস্তুকে বড় করার জন্য ক্লাস্টারের মতো একটি বিশাল বস্তু ব্যবহার করা (একটি কৌশল যা মহাকর্ষীয় লেন্সিং নামে পরিচিত) দূরবর্তী ছায়াপথের দৃষ্টিভঙ্গি জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের একটি সাধারণ উপায়। উইন্ডহর্স্ট বিশ্বাস করতেন যে এমনকি স্বতন্ত্র জনসংখ্যা III নক্ষত্রগুলি একটি ভারী ক্লাস্টারের প্রান্তে এসে "নীতিগতভাবে প্রায় অসীম বিবর্ধনের মধ্য দিয়ে যেতে পারে" এবং দৃশ্যমান হতে পারে, তিনি বলেছিলেন।

উইন্ডহর্স্ট একটি JWST প্রোগ্রামের নেতৃত্ব দেয় যা টেকনিক চেষ্টা করছে. "আমি বেশ আত্মবিশ্বাসী যে এক বা দুই বছরের মধ্যে আমরা কিছু দেখতে পাব," তিনি বলেছিলেন। "আমাদের ইতিমধ্যে কিছু প্রার্থী আছে।" একইভাবে, ইতালির ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট ফর অ্যাস্ট্রোফিজিক্সের জ্যোতির্বিজ্ঞানী ইরোস ভ্যানজেলা একটি প্রোগ্রাম নেতৃত্ব যেটি মহাকর্ষীয় লেন্সিং ব্যবহার করে 10 বা 20 জন প্রার্থী জনসংখ্যা III নক্ষত্রের গুচ্ছ অধ্যয়ন করছে। "আমরা এখন শুধু তথ্য নিয়ে খেলছি," তিনি বলেছিলেন।

এবং কিছু যে tantalizing সম্ভাবনা অবশেষ অপ্রত্যাশিতভাবে উজ্জ্বল ছায়াপথ প্রথম মহাবিশ্বে JWST দ্বারা ইতিমধ্যেই দেখা গেছে তাদের উজ্জ্বলতা বিশাল জনসংখ্যা III নক্ষত্রের কাছে ঋণী হতে পারে। "এগুলি ঠিক সেই যুগগুলি যেখানে আমরা আশা করি যে প্রথম তারাগুলি তৈরি হচ্ছে," ভ্যানজেলা বলেছিলেন। "আমি আশা করি ... যে আগামী সপ্তাহ বা মাসগুলিতে, প্রথম তারাগুলি সনাক্ত করা হবে।"