खगोलविदों का कहना है कि उन्होंने ब्रह्मांड के पहले सितारे देखे हैं

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) से डेटा का अध्ययन करने वाले खगोलविदों के एक समूह ने दूर की आकाशगंगा में हीलियम के एक दुर्लभ आइसोटोप से प्रकाश की झलक देखी है, जो ब्रह्मांड की पहली पीढ़ी के सितारों की उपस्थिति का संकेत दे सकता है।

ये लंबे समय से प्रतीक्षित, अनुचित रूप से नामित "जनसंख्या III" तारे ब्रह्मांड की मौलिक गैस से गढ़ी गई हाइड्रोजन और हीलियम की विशाल गेंदें रही होंगी। सिद्धांतकारों ने 1970 के दशक में इन पहले आग के गोलों की कल्पना करना शुरू कर दिया था, यह परिकल्पना करते हुए कि, छोटे जीवनकाल के बाद, वे सुपरनोवा के रूप में विस्फोटित हुए, भारी तत्वों का निर्माण किया और उन्हें ब्रह्मांड में फेंक दिया। उस तारे के सामान ने बाद में भारी तत्वों से भरपूर जनसंख्या II सितारों को जन्म दिया, फिर उससे भी समृद्ध जनसंख्या I सितारों को हमारे सूर्य, साथ ही ग्रहों, क्षुद्रग्रहों, धूमकेतुओं और अंततः जीवन की तरह जन्म दिया।

"हमारा अस्तित्व है, इसलिए हम जानते हैं कि सितारों की पहली पीढ़ी रही होगी," कहा रेबेका गेंदबाज, यूनाइटेड किंगडम में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में एक खगोलशास्त्री।

अब बीजिंग में चीनी विज्ञान अकादमी के खगोलशास्त्री शिन वांग और उनके सहयोगियों को लगता है कि उन्होंने उन्हें ढूंढ लिया है। “यह वास्तव में अवास्तविक है,” वांग ने कहा। पुष्टिकरण की अभी भी आवश्यकता है; टीम का पेपर, प्रीप्रिंट सर्वर arxiv.org पर पोस्ट किया गया 8 दिसंबर को सहकर्मी समीक्षा का इंतजार है प्रकृति.

भले ही शोधकर्ता गलत हों, पहले सितारों का अधिक ठोस पता लगाना दूर नहीं हो सकता है। JWST, जो है खगोल विज्ञान के विशाल क्षेत्र को परिवर्तित करनामाना जाता है कि यह अंतरिक्ष और समय में काफी दूर तक झाँकने में सक्षम है। पहले से ही, विशाल फ्लोटिंग टेलीस्कोप ने दूर की आकाशगंगाओं का पता लगाया है जो असामान्य हैं चमक सुझाव देता है कि उनमें जनसंख्या III सितारे हो सकते हैं। और JWST के साथ तारों की खोज करने की होड़ में लगे अन्य अनुसंधान समूह अब अपने स्वयं के डेटा का विश्लेषण कर रहे हैं। "यह निश्चित रूप से सबसे चर्चित प्रश्नों में से एक है," ने कहा माइक नॉर्मनकैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो के एक भौतिक विज्ञानी जो कंप्यूटर सिमुलेशन में सितारों का अध्ययन करते हैं।

एक निश्चित खोज खगोलविदों को सितारों के आकार और उपस्थिति की जांच शुरू करने की अनुमति देगी, जब वे अस्तित्व में थे, और कैसे, आदिम अंधेरे में, वे अचानक चमक उठे।

बॉलर ने कहा, "यह वास्तव में ब्रह्मांड के इतिहास में सबसे बुनियादी परिवर्तनों में से एक है।"

जनसंख्या III

बिग बैंग के लगभग 400,000 साल बाद, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हाइड्रोजन और हीलियम परमाणुओं में संयोजित होने के लिए पर्याप्त रूप से व्यवस्थित हो गए। जैसे-जैसे तापमान गिरता गया, डार्क मैटर धीरे-धीरे एकत्रित होता गया और परमाणुओं को अपने साथ खींचता गया। गुच्छों के अंदर, हाइड्रोजन और हीलियम को गुरुत्वाकर्षण द्वारा कुचल दिया गया, गैस की विशाल गेंदों में संघनित किया गया, जब तक कि गेंदें पर्याप्त घनी नहीं हो गईं, परमाणु संलयन अचानक उनके केंद्रों में प्रज्वलित हो गया। पहले सितारों का जन्म हुआ।

जर्मन खगोलशास्त्री वाल्टर बाडे वर्गीकृत किया 1944 में हमारी आकाशगंगा के तारों को प्रकार I और II में विभाजित किया गया। पहले वाले में हमारा सूर्य और अन्य धातु-समृद्ध तारे शामिल हैं; उत्तरार्द्ध में हल्के तत्वों से बने पुराने तारे शामिल हैं। जनसंख्या III सितारों का विचार दशकों बाद साहित्य में आया। 1984 के एक पेपर में ब्रिटिश खगोलभौतिकीविद् बर्नार्ड कैर ने उनकी प्रोफ़ाइल को ऊपर उठाया महत्वपूर्ण भूमिका का वर्णन किया तारे की यह मूल नस्ल प्रारंभिक ब्रह्मांड में रही होगी। कैर और उनके सहयोगियों ने लिखा, "उनकी गर्मी या विस्फोटों ने ब्रह्मांड को फिर से आयनीकृत किया होगा," ... और उनकी भारी-तत्व उपज ने प्रीगैलेक्टिक संवर्धन का एक विस्फोट उत्पन्न किया होगा, जिससे भारी तत्वों से समृद्ध बाद के सितारों को जन्म दिया जा सकता है।

कैर और उनके सह-लेखकों ने अनुमान लगाया कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन और हीलियम गैस उपलब्ध होने के कारण तारे विशाल आकार में विकसित हो सकते थे, जो हमारे सूर्य से कुछ सौ से 100,000 गुना अधिक बड़े थे।

रेंज के भारी अंत वाले तारे, तथाकथित सुपरमैसिव तारे, अपेक्षाकृत ठंडे, लाल और फूले हुए रहे होंगे, जिनका आकार लगभग हमारे पूरे सौर मंडल को घेर सकता है। जनसंख्या III सितारों के सघन, अधिक सामान्य आकार के वेरिएंट नीले गर्म चमकते होंगे, जिनकी सतह का तापमान लगभग 50,000 डिग्री सेल्सियस होगा, जबकि हमारे सूर्य के लिए यह केवल 5,500 डिग्री है।

2001 में नॉर्मन के नेतृत्व में कंप्यूटर सिमुलेशन की व्याख्या की गई इतने बड़े तारे कैसे बन सकते हैं. वर्तमान ब्रह्माण्ड में गैस के बादल अनेक छोटे-छोटे तारों में विखंडित हो जाते हैं। लेकिन सिमुलेशन से पता चला कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में गैस के बादल, आधुनिक बादलों की तुलना में बहुत अधिक गर्म होने के कारण, आसानी से संघनित नहीं हो सकते थे और इसलिए तारा निर्माण में कम कुशल थे। इसके बजाय, पूरे बादल एक एकल, विशाल तारे में ढह जाएंगे।

उनके विशाल अनुपात का मतलब था कि तारे अल्पकालिक थे, अधिकतम कुछ मिलियन वर्षों तक जीवित रहे। (अधिक विशाल तारे अपने उपलब्ध ईंधन को अधिक तेजी से जलाते हैं।) इस प्रकार, जनसंख्या III तारे ब्रह्मांड के इतिहास में लंबे समय तक नहीं टिके रहेंगे - शायद कुछ सौ मिलियन वर्षों तक, क्योंकि प्राइमर्डियल गैस के अंतिम हिस्से नष्ट हो गए थे।

बहुत सी अनिश्चितताएं हैं. ये तारे वास्तव में कितने विशाल हो गए? ब्रह्माण्ड में उनका अस्तित्व कितनी देर से था? और प्रारंभिक ब्रह्मांड में वे कितने प्रचुर थे? बॉलर ने कहा, "वे हमारी अपनी आकाशगंगा के सितारों से बिल्कुल अलग सितारे हैं।" "वे बिल्कुल ऐसी दिलचस्प वस्तुएं हैं।"

चूँकि वे बहुत दूर हैं और इतने संक्षिप्त रूप से अस्तित्व में हैं, इसलिए उनके लिए साक्ष्य ढूँढना एक चुनौती रही है। हालाँकि, 1999 में, कोलोराडो विश्वविद्यालय, बोल्डर के खगोलविदों ने भविष्यवाणी की थी कि सितारों को ऐसा करना चाहिए एक स्पष्ट हस्ताक्षर तैयार करें: हीलियम-2 से प्रकाश की एक विशिष्ट आवृत्ति। हीलियम के इस अस्थिर रूप के नाभिक में केवल दो प्रोटॉन होते हैं, जबकि नियमित हीलियम में भी दो न्यूट्रॉन होते हैं। मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के खगोलशास्त्री जेम्स ट्रसलर ने बताया, "हीलियम उत्सर्जन वास्तव में तारों के भीतर से उत्पन्न नहीं हो रहा है।" बल्कि, इसका निर्माण तब हुआ जब तारों की गर्म सतहों से ऊर्जावान फोटॉन तारे के आसपास की गैस में प्रवाहित हुए।

"यह एक अपेक्षाकृत सरल भविष्यवाणी है," जिनेवा विश्वविद्यालय के डैनियल शायर ने कहा 2002 में इस विचार का विस्तार किया गया. तलाश जारी थी. 

पहले सितारे ढूँढना

2015 में, शायर और उनके सहयोगियों ने सोचा कि उन्हें कुछ मिल गया होगा। वे एक संभावित संकेत का पता चला एक सुदूर, आदिम आकाशगंगा में हीलियम-2 हस्ताक्षर का जो संभवतः जनसंख्या III सितारों के समूह से जुड़ा हुआ है। बिग बैंग के 800 मिलियन वर्ष बाद दिखाई देने वाली आकाशगंगा को देखकर ऐसा लग रहा था जैसे इसमें ब्रह्मांड में पहले सितारों का पहला सबूत हो सकता है।

बाद में बॉलर के नेतृत्व में काम किया गया निष्कर्षों पर विवाद किया. “हमें स्रोत से ऑक्सीजन उत्सर्जन के सबूत मिले। उसने शुद्ध जनसंख्या III परिदृश्य को खारिज कर दिया, ”उसने कहा। फिर एक स्वतंत्र समूह हीलियम-2 लाइन का पता लगाने में विफल रहा प्रारंभिक टीम द्वारा देखा गया। "यह वहां नहीं था," गेंदबाज ने कहा।

क्या अन्य लोग बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं?

खगोलविदों उनकी उम्मीदें JWST पर टिकी हैं, जिसे दिसंबर 2021 में लॉन्च किया गया था। टेलीस्कोप, अपने विशाल दर्पण और अवरक्त प्रकाश के प्रति अभूतपूर्व संवेदनशीलता के साथ, इससे पहले के किसी भी टेलीस्कोप की तुलना में प्रारंभिक ब्रह्मांड में अधिक आसानी से देख सकता है। (चूँकि यहाँ प्रकाश को यात्रा करने में समय लगता है, दूरबीन धुँधली, दूर की वस्तुओं को वैसी ही देखती है जैसी वे बहुत पहले दिखाई देती थीं।) दूरबीन स्पेक्ट्रोस्कोपी भी कर सकती है, प्रकाश को उसके घटक तरंग दैर्ध्य में विभाजित कर सकती है, जो इसे हीलियम -2 हॉलमार्क को देखने की अनुमति देती है। जनसंख्या III सितारे.

वांग की टीम ने JWST के 2,000 से अधिक लक्ष्यों के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी डेटा का विश्लेषण किया। एक दूर की आकाशगंगा है जिसे बिग बैंग के ठीक 620 मिलियन वर्ष बाद देखा गया था। शोधकर्ताओं के मुताबिक, आकाशगंगा दो टुकड़ों में बंट गई है। उनके विश्लेषण से पता चला कि आधे हिस्से में अन्य तत्वों के प्रकाश के साथ मिश्रित हीलियम -2 का मुख्य हस्ताक्षर प्रतीत होता है, जो संभावित रूप से हजारों जनसंख्या III और अन्य सितारों की एक संकर आबादी की ओर इशारा करता है। आकाशगंगा के दूसरे भाग की स्पेक्ट्रोस्कोपी अभी तक नहीं की गई है, लेकिन इसकी चमक अधिक जनसंख्या III-समृद्ध वातावरण का संकेत देती है।

वांग ने कहा, "हम पूरी आकाशगंगा को कवर करने के लिए अगले चक्र में JWST के लिए अवलोकन समय के लिए आवेदन करने की कोशिश कर रहे हैं," ऐसी वस्तुओं की पुष्टि करने का एक शॉट पाने के लिए।

नॉर्मन के अनुसार आकाशगंगा एक "सिर खुजाने वाली" है। उन्होंने कहा, अगर हीलियम-2 के परिणाम जांच के लायक हैं, तो "एक संभावना जनसंख्या III सितारों का एक समूह है।" हालाँकि, वह अनिश्चित हैं कि क्या जनसंख्या III सितारे और बाद के सितारे इतनी आसानी से एक साथ मिल सकते हैं।

डेनियल व्हेलनपोर्ट्समाउथ विश्वविद्यालय के एक खगोलशास्त्री, भी इसी तरह सतर्क थे। उन्होंने कहा, "यह निश्चित रूप से एक आकाशगंगा में पॉपुलेशन III और पॉपुलेशन II सितारों के मिश्रण का सबूत हो सकता है।" हालाँकि, हालांकि यह ब्रह्मांड के पहले सितारों का "पहला प्रत्यक्ष प्रमाण" होगा, व्हेलन ने कहा, "यह साफ़ सबूत नहीं है।" अन्य पाइपिंग हॉट ब्रह्मांडीय वस्तुएं हीलियम -2 के समान हस्ताक्षर उत्पन्न कर सकती हैं, जिसमें ब्लैक होल के चारों ओर घूमने वाली सामग्री की झुलसाने वाली डिस्क भी शामिल है।

वांग को लगता है कि उनकी टीम ब्लैक होल को स्रोत के रूप में खारिज कर सकती है क्योंकि उन्होंने विशिष्ट ऑक्सीजन, नाइट्रोजन या आयनित कार्बन हस्ताक्षरों का पता नहीं लगाया है जो उस मामले में अपेक्षित होंगे। हालाँकि, काम अभी भी सहकर्मी समीक्षा का इंतजार कर रहा है, और फिर भी, इसके संभावित निष्कर्षों की पुष्टि के लिए अनुवर्ती टिप्पणियों की आवश्यकता होगी।

राह पर गर्म

JWST का उपयोग करने वाले अन्य समूह भी पहले सितारों की तलाश कर रहे हैं।

हीलियम-2 की खोज के अलावा, 2018 में एरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी के खगोलशास्त्री रोजियर विंडहॉर्स्ट और उनके सहयोगियों द्वारा प्रस्तावित एक और खोज विधि है गुरुत्वाकर्षण का प्रयोग करें प्रारंभिक ब्रह्मांड में अलग-अलग तारों को देखने के लिए आकाशगंगाओं के विशाल समूहों का। प्रकाश को मोड़ने और अधिक दूर की वस्तुओं को बड़ा करने के लिए क्लस्टर जैसी विशाल वस्तु का उपयोग करना (एक तकनीक जिसे गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के रूप में जाना जाता है) खगोलविदों द्वारा दूर की आकाशगंगाओं के दृश्य प्राप्त करने का एक सामान्य तरीका है। विंडहॉर्स्ट का मानना ​​था कि एक भारी समूह के किनारे पर आने वाले व्यक्तिगत जनसंख्या III सितारे भी "सैद्धांतिक रूप से लगभग अनंत आवर्धन से गुजर सकते हैं" और दृश्य में आ सकते हैं, उन्होंने कहा।

विंडहॉर्स्ट एक JWST कार्यक्रम का नेतृत्व करता है तकनीक का प्रयास. उन्होंने कहा, "मुझे पूरा विश्वास है कि एक या दो साल में हम कुछ देख लेंगे।" "हमारे पास पहले से ही कुछ उम्मीदवार हैं।" इसी तरह, इटली में नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स के खगोलशास्त्री इरोस वैनजेला हैं एक कार्यक्रम का नेतृत्व करना वह गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग का उपयोग करके 10 या 20 उम्मीदवार जनसंख्या III सितारों के समूह का अध्ययन कर रहा है। उन्होंने कहा, ''अभी हम सिर्फ डेटा के साथ खेल रहे हैं।''

और इस बात की प्रबल संभावना बनी हुई है कि इनमें से कुछ अप्रत्याशित रूप से चमकीली आकाशगंगाएँ प्रारंभिक ब्रह्मांड में JWST द्वारा पहले से ही देखी गई उनकी चमक का श्रेय विशाल जनसंख्या III सितारों को दिया जा सकता है। वानज़ेला ने कहा, "ये बिल्कुल वही युग हैं जहां हम उम्मीद करते हैं कि पहले सितारे बन रहे हैं।" "मुझे उम्मीद है... कि अगले हफ्तों या महीनों में, पहले सितारों का पता लगाया जाएगा।"