توصلت دراسة جديدة إلى أن الكون المبكر كان مكتظًا بنجوم حجمها عشرة آلاف ضعف حجم شمسنا
ربما تكون النجوم الأولى في الكون قد تجاوزت كتلتها 10000 مرة الشمس، أكبر بنحو 1000 مرة من أكبر النجوم على قيد الحياة اليوم ، وجدت دراسة جديدة.
في الوقت الحاضر ، أكبر النجوم هي 100 كتلة شمسية. وجد الباحثون أن الكون المبكر كان مكانًا أكثر غرابة بكثير ، مليئًا بالنجوم العملاقة التي عاشت بسرعة وماتت في سن صغيرة جدًا.
وبمجرد أن مات هؤلاء العمالقة المحكوم عليهم بالفشل ، لم تكن الظروف مناسبة لهم لتتشكل مرة أخرى.
العصور الكونية المظلمة
منذ أكثر من 13 مليار سنة ، ولم يمض وقت طويل بعد الانفجار العظيم، الكون ليس له نجوم. لم يكن هناك أكثر من حساء دافئ من الغاز الطبيعي ، يتكون بالكامل تقريبًا من الهيدروجين والهيليوم. ومع ذلك ، على مدى مئات الملايين من السنين ، بدأ هذا الغاز المحايد في التراكم في كرات من المادة كثيفة بشكل متزايد. تُعرف هذه الفترة باسم العصور المظلمة الكونية.
في الكون المعاصر ، تنهار كرات المادة الكثيفة بسرعة لتشكل نجومًا. لكن هذا لأن الكون الحديث لديه شيء يفتقر إليه الكون المبكر: الكثير من العناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم. هذه العناصر فعالة للغاية في إشعاع الطاقة بعيدًا. هذا يسمح للكتل الكثيفة بالتقلص بسرعة كبيرة ، وتنهار إلى كثافات عالية بما يكفي لتحريكها الاندماج النووي – العملية التي تمد النجوم بالطاقة من خلال دمج العناصر الأخف وزنا في العناصر الأثقل.
لكن الطريقة الوحيدة للحصول على العناصر الأثقل في المقام الأول هي من خلال عملية الاندماج النووي نفسها. أدت أجيال متعددة من تشكل النجوم واندماجها وموتها إلى إثراء الكون إلى حالته الحالية.
بدون القدرة على إطلاق الحرارة بسرعة ، كان على الجيل الأول من النجوم أن يتشكل في ظل ظروف مختلفة كثيرًا وأكثر صعوبة.
جبهات باردة
لفهم لغز هذه النجوم الأولى ، تحول فريق من علماء الفيزياء الفلكية إلى محاكاة حاسوبية متطورة للعصور المظلمة لفهم ما كان يحدث في ذلك الوقت. أبلغوا عن النتائج التي توصلوا إليها في يناير في ورقة تم نشره في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv وتم تقديمه لمراجعة الأقران في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
يعرض العمل الجديد جميع المكونات الكونية المعتادة: المادة المظلمة للمساعدة في نمو المجرات ، وتطور الغاز المحايد وتجمعه ، والإشعاع الذي يمكن أن يبرد الغاز ويعيد تسخينه في بعض الأحيان. لكن عملهم يتضمن شيئًا يفتقر إليه الآخرون: الجبهات الباردة – تيارات سريعة الحركة من المادة المبردة – تصطدم بالبنى المشكلة بالفعل.
وجد الباحثون أن شبكة معقدة من التفاعلات سبقت تشكيل النجوم الأول. بدأ الغاز المحايد في التجمع والتجمع معًا. أطلق الهيدروجين والهيليوم القليل من الحرارة ، مما سمح لكتل الغاز المحايد بالوصول ببطء إلى كثافة أعلى.
لكن الكتل عالية الكثافة أصبحت دافئة جدًا ، مما أدى إلى إنتاج إشعاع يفصل الغاز المحايد ويمنعه من التفتت إلى العديد من التكتلات الأصغر. هذا يعني أن النجوم المكونة من هذه الكتل يمكن أن تصبح كبيرة بشكل لا يصدق.
النجوم الهائلة
أدت هذه التفاعلات ذهابًا وإيابًا بين الإشعاع والغاز المحايد إلى تجمعات ضخمة من الغاز المحايد – بدايات المجرات الأولى. شكل الغاز في أعماق هذه المجرات البدائية أقراص تراكم سريعة الدوران – حلقات سريعة التدفق من المادة تتشكل حول أجسام ضخمة ، بما في ذلك الثقوب السوداء في الكون الحديث.
في هذه الأثناء ، على الحواف الخارجية للمجرات البدائية ، أمطرت الجبهات الباردة للغاز. اخترقت أبرد وأكبر الجبهات المجرات البدائية على طول الطريق إلى قرص التراكم.
اصطدمت هذه الجبهات الباردة بالأقراص ، مما أدى إلى زيادة كتلتها وكثافتها بسرعة إلى عتبة حرجة ، مما سمح للنجوم الأولى بالظهور.
لم تكن تلك النجوم الأولى مجرد مصانع اندماج عادية. لقد كانت كتلًا عملاقة من الغاز المحايد تشعل نوى اندماجها دفعة واحدة ، وتتخطى المرحلة التي تتفتت فيها إلى قطع صغيرة. كانت الكتلة النجمية الناتجة ضخمة.
كانت تلك النجوم الأولى ساطعة بشكل لا يصدق وستعيش حياة قصيرة للغاية ، أقل من مليون سنة. (يمكن للنجوم في الكون الحديث أن تعيش بلايين السنين). بعد ذلك ، ماتوا في رشقات نارية غاضبة من انفجارات المستعر الأعظم.
كانت هذه الانفجارات ستحمل نواتج تفاعلات الاندماج الداخلي – عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم – والتي بدورها بذرت الجولة التالية من تكوين النجوم. ولكن الآن بعد تلوثها بعناصر أثقل ، لا يمكن للعملية أن تكرر نفسها ، ولن تظهر تلك الوحوش مرة أخرى على المشهد الكوني.
