چگونه ستارگان تاریک می‌توانند کیهان اولیه را روشن کنند؟

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از اسپیس، درک اینکه اولین ستارگان چگونه شکل گرفتند و چه نقشی در روشن کردن کیهان اولیه داشتند یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های اخترفیزیک است. مطالعه‌ای جدید که بر پایهٔ داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب انجام شده، سه جرم دوردست و غیرمعمول را شناسایی کرده که می‌توانند نمونه‌هایی از پدیده‌ای مرموز به نام ستارگان تاریک باشند — اجرامی که برخلاف ستارگان معمول، با پروسه‌ای متفاوت از مادهٔ تاریک درخشیده‌اند.

ستارگان تاریک چیستند؟

اصطلاح «ستارگان تاریک» ممکن است گمراه‌کننده باشد، زیرا این اجرام واقعاً تاریک نیستند، بلکه منبع اصلی درخشش‌شان مادهٔ تاریک است، نه همجوشی هسته‌ای که ستاره‌های معمولی مانند خورشید را روشن می‌کند. در مدل‌های رایج تشکیل ستاره‌ها، گازهای هیدروژن و هلیوم در اثر گرانش به سمت مرکز ابرهای گازی فرو می‌ریزند، دمای داخلی افزایش یافته و در نهایت همجوشی هسته‌ای آغاز می‌شود. اما اگر چگالی مادهٔ تاریک در مرکز آن ابرها به اندازهٔ کافی بالا باشد، برخورد و نابودی ذرات مادهٔ تاریک انرژی آزاد می‌کند که می‌تواند گاز را گرم کند و از فروپاشی کامل جلوگیری کند و «ستاره‌ای» متفاوت بسازد.

در این سناریو، سطح چنین جسمی نسبتاً خنک‌تر است، اما به دلیل اندازهٔ بسیار بزرگ‌تر، با شعاع‌هایی در حدود ده‌ها واحد نجومی (که برابر فاصلهٔ زمین تا خورشید است)، سطح درخشنده گسترده‌تری دارد که موجب می‌شود نور قابل توجهی از آن ساطع شود، حتی اگر دمای سطح پایین‌تر باشد.

نقش ماده تاریک در ستارگان تاریک

ماده تاریک که تخمین زده می‌شود تقریباً ۲۷ درصد از کل جرم و انرژی جهان را تشکیل دهد، با استفاده از نیروی گرانش قابل مشاهده است، اما مستقیم دیده نمی‌شود. یکی از فرضیات مدل‌های ستارگان تاریک این است که ذرات مادهٔ تاریک ممکن است ضدذرهٔ خود باشند یعنی وقتی دو ذره مادهٔ تاریک با هم برخورد می‌کنند، نابود می‌شوند و انرژی آزاد می‌کنند. این انرژی می‌تواند منبع گرمایشی باشد که ستارهٔ تاریک را روشن نگه می‌دارد.

تا کنون هیچ شاهد مستقیم از وجود چنین اجرامی دیده نشده، اما مشاهدات جیمز وب از برخی اجرام با اثر ابسوربسیون هلیوم نامعمول پشتیبانی می‌کند که ممکن است نشان‌دهنده حضور این ستارگان باشد. در یکی از این کاندیداها، مقدار هلیوم بسیار بیشتر از آنچه در یک کهکشان عادی انتظار می‌رود مشاهده شده است، نشانه‌ای که می‌تواند «مدرک دودزا» برای مدل ستارگان تاریک باشد، اگرچه هنوز قطعی نیست.

ستارگان تاریک و تکامل کیهان

اگر این تئوری درست باشد، ستارگان تاریک می‌توانند عمر طولانی‌تری نسبت به ستارگان معمولی داشته باشند، زیرا تا زمانی که مادهٔ تاریک در اطراف آن‌ها وجود داشته باشد، انرژی ساطع می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود آنها از ستارگان معمولی متمایز شوند و حتی ممکن است به شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های اَبَرپُرجرم در اوایل کیهان کمک کنند.

ستارگان معمولی وقتی هستهٔ خود را تمام می‌کنند منفجر شده یا به شکل کوتولهٔ سفید، ستارهٔ نوترونی یا سیاه‌چاله فرو می‌ریزند، اما در مورد ستارگان تاریک، اگر انرژی مادهٔ تاریک تمام شود، بخش هیدروژنی باقی‌مانده ممکن است تحت تأثیر گرانش فشرده شود و همجوشی هسته‌ای را آغاز کند یا مستقیماً فرو ریخته و به سیاه‌چاله تبدیل شود. این فرایند می‌تواند به توضیح زودرس بودن برخی سیاه‌چاله‌های عظیمی که در جهان اولیه مشاهده می‌شوند کمک کند، چرا که مدل‌های استاندارد تشکیل ستاره و کهکشان نمی‌توانند به‌طور کامل توضیح دهند که چگونه سیاه‌چاله‌هایی با میلیون‌ها جرم خورشیدی در کمتر از یک میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ شکل گرفته‌اند.

چندین جرم که جیمز وب مشاهده کرده که نور بسیار قرمز یا «ردشیفت» بالایی دارند ممکن است با مدل ستارگان تاریک سازگار باشند، اما هنوز جای بحث وجود دارد که آیا آن‌ها واقعاً همین پدیده‌اند یا فقط کهکشان‌هایی با خصوصیات غیرمعمول هستند. برخی اخترفیزیکدان‌ها ادعا می‌کنند که سایر فرایندها مانند بازجذب ماده (accretion) می‌تواند باعث تولید ستاره‌های عظیم یا اجرامی دیده‌شده شود که با مدل‌های کلاسیک هم سازگار باشند و تفاوت را کم‌رنگ کنند.

برای تأیید یا رد کامل نظریهٔ ستارگان تاریک، نیاز به داده‌های بیشتر و مدل‌های نظری دقیق‌تری است. تلسکوپ‌های آینده و تحلیل‌های بیشتر از مشاهدات جیمز وب می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا بازتر به راز تکامل نخستین ساختارهای کیهانی بنگرند و بفهمند آیا واقعاً نور نخستین ستارگان از طریق فرایندی متفاوت از آنچه تصور می‌شد ساطع شده است یا خیر.