ماہرین فلکیات کا کہنا ہے کہ انہوں نے کائنات کے پہلے ستاروں کو دیکھا ہے۔

A group of astronomers poring over data from the James Webb Space Telescope (JWST) has glimpsed light from a rare isotope of helium in a distant galaxy, which could indicate the presence of the universe’s very first generation of stars.

یہ طویل عرصے سے تلاش کیے جانے والے، نامناسب طور پر "آبادی III" ستارے کائنات کی ابتدائی گیس سے بنائے گئے ہائیڈروجن اور ہیلیم کی غیر معمولی گیندیں ہوں گی۔ نظریہ دانوں نے 1970 کی دہائی میں ان پہلی فائر بالز کا تصور کرنا شروع کیا، یہ قیاس کرتے ہوئے کہ، مختصر زندگی کے بعد، وہ سپرنووا کے طور پر پھٹ گئے، بھاری عناصر کو جعلسازی کرتے ہوئے اور انہیں کائنات میں پھیلا دیا۔ اس ستارے کے سامان نے بعد میں آبادی II کے ستاروں کو جنم دیا جو بھاری عناصر میں زیادہ پائے گئے، پھر اس سے بھی زیادہ امیر آبادی I ستارے جیسے ہمارے سورج، نیز سیارے، کشودرگرہ، دومکیت اور آخر کار خود زندگی۔

"ہم موجود ہیں، لہذا ہم جانتے ہیں کہ ستاروں کی پہلی نسل ضرور رہی ہوگی،" کہا ربیکا بولر، برطانیہ میں مانچسٹر یونیورسٹی میں ماہر فلکیات۔

اب بیجنگ میں چائنیز اکیڈمی آف سائنسز کے ماہر فلکیات ژن وانگ اور ان کے ساتھیوں کا خیال ہے کہ انہوں نے انہیں ڈھونڈ لیا ہے۔ "یہ واقعی غیر حقیقی ہے،" وانگ نے کہا۔ تصدیق کی ابھی بھی ضرورت ہے۔ ٹیم کا کاغذ، پری پرنٹ سرور arxiv.org پر پوسٹ کیا گیا۔ 8 دسمبر کو، پر ہم مرتبہ کے جائزے کا انتظار ہے۔ فطرت، قدرت.

یہاں تک کہ اگر محققین غلط ہیں، تو شاید پہلے ستاروں کی زیادہ قابل اعتماد شناخت زیادہ دور نہ ہو۔ JWST، جو ہے فلکیات کے وسیع پیمانے پر تبدیلی، سوچا جاتا ہے کہ انہیں دیکھنے کے لیے جگہ اور وقت میں کافی دور تک جھانکنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ پہلے ہی، بہت بڑی تیرتی دوربین نے دور دراز کی کہکشاؤں کا پتہ لگا لیا ہے جن کی غیر معمولی بات ہے۔ چمک تجویز کرتا ہے کہ ان میں پاپولیشن III ستارے ہوسکتے ہیں۔ اور JWST کے ساتھ ستاروں کو دریافت کرنے کے لیے کوشاں دیگر تحقیقی گروپ اب اپنے اپنے ڈیٹا کا تجزیہ کر رہے ہیں۔ "یہ بالکل گرم ترین سوالات میں سے ایک ہے،" کہا مائیک نارمن، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو میں ایک ماہر طبیعیات جو کمپیوٹر سمولیشن میں ستاروں کا مطالعہ کرتے ہیں۔

ایک یقینی دریافت سے ماہرین فلکیات کو ستاروں کی جسامت اور ظاہری شکل کی جانچ شروع کرنے کی اجازت ملے گی، جب وہ موجود تھے، اور کیسے، ابتدائی تاریکی میں، وہ اچانک روشن ہوئے۔

"یہ واقعی کائنات کی تاریخ میں سب سے بنیادی تبدیلیوں میں سے ایک ہے،" بولر نے کہا۔

آبادی III

بگ بینگ کے تقریباً 400,000 سال بعد، الیکٹران، پروٹون اور نیوٹران ہائیڈروجن اور ہیلیم ایٹموں میں یکجا ہونے کے لیے کافی حد تک آباد ہو گئے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت گرتا رہا، سیاہ مادّہ دھیرے دھیرے جمع ہوتا گیا، جوہریوں کو اپنے ساتھ کھینچتا رہا۔ جھنڈوں کے اندر، ہائیڈروجن اور ہیلیم کو کشش ثقل کے ذریعے کچل دیا گیا، گیس کی بہت بڑی گیندوں میں گاڑھا ہو گیا، یہاں تک کہ، ایک بار جب گیندیں کافی گھنے ہو گئیں، ان کے مراکز میں جوہری فیوژن اچانک بھڑک اٹھے۔ پہلے ستارے پیدا ہوئے۔

جرمن ماہر فلکیات والٹر باڈی درجہ بندی ہماری کہکشاں کے ستاروں کو 1944 میں I اور II کی قسموں میں تقسیم کیا گیا۔ سابق میں ہمارا سورج اور دیگر دھاتوں سے بھرپور ستارے شامل ہیں۔ مؤخر الذکر ہلکے عناصر سے بنے پرانے ستاروں پر مشتمل ہے۔ پاپولیشن III ستاروں کا خیال کئی دہائیوں بعد ادب میں داخل ہوا۔ 1984 کے ایک مقالے میں جس نے ان کا پروفائل اٹھایا، برطانوی ماہر فلکیات برنارڈ کار اہم کردار بیان کیا۔ ستاروں کی یہ اصل نسل ابتدائی کائنات میں کھیلی ہو سکتی ہے۔ کار اور ان کے ساتھیوں نے لکھا، "ان کی حرارت یا دھماکوں سے کائنات کا دوبارہ ہونا ممکن ہو سکتا ہے،" اور ان کے بھاری عنصر کی پیداوار سے قبل از وقت کی افزودگی کا پھٹ پڑ سکتا تھا، جس سے بعد کے ستاروں کو بھاری عناصر سے مالا مال کیا گیا۔

کار اور اس کے شریک مصنفین نے اندازہ لگایا کہ ستارے بہت بڑے سائز میں بڑھ سکتے ہیں، جو کہ ہمارے سورج سے چند لاکھ سے 100,000 گنا زیادہ بڑے پیمانے پر کہیں بھی ہو سکتے ہیں، کیونکہ ابتدائی کائنات میں ہائیڈروجن اور ہیلیم گیس کی بڑی مقدار دستیاب ہے۔

رینج کے سب سے بھاری سرے پر، نام نہاد سپر میسیو ستارے، نسبتاً ٹھنڈے، سرخ اور پھولے ہوئے ہوں گے، جس کے سائز ہمارے تقریباً پورے نظام شمسی کو گھیر سکتے ہیں۔ آبادی III کے ستاروں کی زیادہ معمولی سائز کی مختلف قسمیں نیلے رنگ کی گرم چمکتی ہوں گی، جس کی سطح کا درجہ حرارت تقریباً 50,000 ڈگری سیلسیس ہے، جو ہمارے سورج کے لیے صرف 5,500 ڈگری ہے۔

2001 میں، نارمن کی قیادت میں کمپیوٹر سمیلیشنز نے وضاحت کی اتنے بڑے ستارے کیسے بن سکتے ہیں۔. موجودہ کائنات میں، گیس کے بادل بہت سے چھوٹے ستاروں میں بٹ جاتے ہیں۔ لیکن نقالی نے ظاہر کیا کہ ابتدائی کائنات میں گیس کے بادل، جدید بادلوں سے زیادہ گرم ہونے کی وجہ سے اتنی آسانی سے گاڑھا نہیں ہو سکتے تھے اور اس لیے ستارے کی تشکیل میں کم موثر تھے۔ اس کے بجائے، پورے بادل ایک واحد، دیوہیکل ستارے میں ٹوٹ جائیں گے۔

ان کے بے پناہ تناسب کا مطلب ہے کہ ستارے قلیل المدت تھے، زیادہ سے زیادہ چند ملین سال تک رہتے ہیں۔ (زیادہ بڑے ستارے اپنے دستیاب ایندھن سے زیادہ تیزی سے جلتے ہیں۔) اس طرح، آبادی III کے ستارے کائنات کی تاریخ میں زیادہ دیر تک قائم نہیں رہے ہوں گے - شاید چند سو ملین سال جب ابتدائی گیس کی آخری جیبیں ختم ہو گئیں۔

بہت سی غیر یقینی صورتحال ہیں۔ یہ ستارے واقعی کتنے بڑے ہو گئے؟ کائنات میں وہ کتنی دیر سے موجود تھے؟ اور وہ ابتدائی کائنات میں کتنے پرچر تھے؟ "وہ ہماری اپنی کہکشاں کے ستاروں سے بالکل مختلف ستارے ہیں،" بولر نے کہا۔ "وہ صرف ایسی ہی دلچسپ چیزیں ہیں۔"

چونکہ وہ بہت دور ہیں اور مختصر طور پر موجود ہیں، ان کے لیے ثبوت تلاش کرنا ایک چیلنج رہا ہے۔ تاہم، 1999 میں، کولوراڈو یونیورسٹی کے ماہرین فلکیات، بولڈر نے پیش گوئی کی کہ ستاروں کو بتانے والے دستخط تیار کریں۔: a specific frequency of light from helium-2. This unstable form of helium only contains two protons in its nucleus, while regular helium also has two neutrons. “The helium emission is not actually originating from within the stars themselves,” explained James Trussler, an astronomer at the University of Manchester; rather, it was created when energetic photons from the stars’ hot surfaces plowed into gas surrounding the star.

یونیورسٹی آف جنیوا کے ڈینیئل شیرر نے کہا کہ یہ نسبتاً آسان پیشین گوئی ہے۔ 2002 میں اس خیال کو بڑھایا گیا۔. شکار جاری تھا۔ 

پہلے ستاروں کی تلاش

2015 میں، Schaerer اور ان کے ساتھیوں نے سوچا کہ شاید انہیں کچھ مل گیا ہے۔ وہ ممکنہ اشارے کا پتہ چلا of a helium-2 signature in a distant, primitive galaxy that might have been linked to a group of Population III stars. Seen as it appeared 800 million years after the Big Bang, the galaxy looked as if it might contain the first evidence of the first stars in the universe.

بعد میں بولر کی قیادت میں کام نتائج پر اختلاف کیا. "ہمیں ذریعہ سے آکسیجن کے اخراج کے ثبوت ملے۔ اس نے خالص آبادی III کے منظر نامے کو مسترد کر دیا، "انہوں نے کہا۔ پھر ایک آزاد گروپ failed to detect the helium-2 line ابتدائی ٹیم نے دیکھا۔ "یہ وہاں نہیں تھا،" بولر نے کہا۔

کیا دوسرے بہتر کر سکتے ہیں؟

ماہرین فلکیات JWST پر اپنی امیدیں باندھ لیں۔, which launched in December 2021. The telescope, with its enormous mirror and unprecedented sensitivity to infrared light, can peer more easily into the early universe than any telescope before it. (Because light takes time to travel here, the telescope sees faint, faraway objects as they appeared long ago.) The telescope can also do spectroscopy, breaking up light into its component wavelengths, which allows it to look for the helium-2 hallmark of Population III stars.

Wang’s team analyzed spectroscopy data for more than 2,000 of JWST’s targets. One is a distant galaxy seen as it appeared just 620 million years after the Big Bang. According to the researchers, the galaxy is split into two pieces. Their analysis showed that one half seems to have the key signature of helium-2 mixed with light from other elements, potentially pointing to a hybrid population of thousands of Population III and other stars. Spectroscopy of the second half of the galaxy has yet to be done, but its brightness hints at a more Population III-rich environment.

"ہم پوری کہکشاں کا احاطہ کرنے کے لیے اگلے چکر میں JWST کے لیے وقت کا مشاہدہ کرنے کے لیے درخواست دینے کی کوشش کر رہے ہیں،" وانگ نے کہا، "اس طرح کی چیزوں کی تصدیق کرنے کے لیے۔"

The galaxy is a “head-scratcher,” according to Norman. If the helium-2 results stand up to scrutiny, he said, “one possibility is a cluster of Population III stars.” However, he’s unsure if Population III stars and later stars could mix together so readily.

ڈینیئل وہلن, an astrophysicist at the University of Portsmouth, was similarly cautious. “It definitely could be evidence of a mixture of Population III and Population II stars in one galaxy,” he said. However, although this would be “the first direct evidence” of the universe’s first stars, Whalen said, “it’s not clean evidence.” Other piping hot cosmic objects can produce a similar signature of helium-2, including scorching disks of material that swirl around black holes.

وانگ کا خیال ہے کہ ان کی ٹیم بلیک ہول کو ماخذ کے طور پر مسترد کر سکتی ہے کیونکہ انہوں نے مخصوص آکسیجن، نائٹروجن یا آئنائزڈ کاربن کے دستخطوں کا پتہ نہیں لگایا جس کی اس صورت میں توقع کی جائے گی۔ تاہم، کام اب بھی ہم مرتبہ کے جائزے کا انتظار کر رہا ہے، اور اس کے بعد بھی، اس کے ممکنہ نتائج کی تصدیق کے لیے فالو اپ مشاہدات کی ضرورت ہوگی۔

ٹریل پر گرم

JWST استعمال کرنے والے دوسرے گروپ بھی پہلے ستاروں کا شکار کر رہے ہیں۔

Besides looking for helium-2, another search method, proposed by the astronomer Rogier Windhorst of Arizona State University and colleagues in 2018, is to کشش ثقل کا استعمال کریں ابتدائی کائنات میں انفرادی ستاروں کو دیکھنے کے لیے کہکشاؤں کے بڑے جھرمٹ کا۔ روشنی کو وارپ کرنے اور زیادہ دور دراز چیزوں کو بڑا کرنے کے لیے کلسٹر جیسی بڑی چیز کا استعمال کرنا (ایک تکنیک جسے کشش ثقل لینسنگ کہا جاتا ہے) ماہرین فلکیات کا دور دراز کی کہکشاؤں کے نظارے حاصل کرنے کا ایک عام طریقہ ہے۔ انہوں نے کہا کہ ونڈ ہارسٹ کا خیال تھا کہ یہاں تک کہ انفرادی آبادی III کے ستارے بھی بھاری جھرمٹ کے کنارے پر پہنچ کر "اصولی طور پر تقریباً لامحدود اضافہ سے گزر سکتے ہیں" اور اس نے کہا۔

Windhorst ایک JWST پروگرام کی قیادت کرتا ہے جو کہ ہے۔ تکنیک کی کوشش. "مجھے پورا یقین ہے کہ ایک یا دو سالوں میں ہم نے کچھ دیکھا ہوگا،" انہوں نے کہا۔ "ہمارے پاس پہلے ہی کچھ امیدوار ہیں۔" اسی طرح اٹلی میں نیشنل انسٹی ٹیوٹ فار ایسٹرو فزکس کے ماہر فلکیات Eros Vanzella ہیں۔ ایک پروگرام کی قیادت جو گریویٹیشنل لینسنگ کا استعمال کرتے ہوئے 10 یا 20 امیدواروں کی آبادی III ستاروں کے جھرمٹ کا مطالعہ کر رہا ہے۔ انہوں نے کہا کہ "ہم ابھی ڈیٹا کے ساتھ کھیل رہے ہیں۔"

اور اس میں سے کچھ کا امکان موجود ہے۔ غیر متوقع طور پر روشن کہکشائیں ابتدائی کائنات میں JWST کے ذریعہ پہلے ہی دیکھے گئے ان کی چمک کا مرہون منت آبادی III کے بڑے ستاروں پر ہے۔ "یہ بالکل وہی دور ہیں جہاں ہم توقع کرتے ہیں کہ پہلے ستارے بن رہے ہیں،" وینزیلا نے کہا۔ "مجھے امید ہے کہ اگلے ہفتوں یا مہینوں میں، پہلے ستاروں کا پتہ چل جائے گا۔"