يمكن لتلسكوب نانسي جريس الروماني القادم التابع لناسا أن يستخدم الموت المروع للنجوم التي تمزقها الثقوب السوداء لاصطياد أول مجموعة من الأجسام النجمية في الكون.
كانت هذه النجوم المبكرة، والتي يشار إليها (بشكل مربك إلى حد ما) باسم نجوم المجموعة الثالثة (Pop III)، مختلفة تمامًا عن الشمس والنجوم الأخرى التي نراها في الكون اليوم. وذلك لأن الكون لم يكن مليئًا بـ “المعادن” بعد، وهو المصطلح الذي يستخدمه علماء الفلك لوصف العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم.
نشأت نجوم Pop III بعد بضع مئات الملايين من السنين من الانفجار الكبير وكانت “فقيرة بالمعادن” وتتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. ويعتقد أيضًا أنها أكبر بكثير وأكثر سخونة من الشمس. وهذا يعني أن النجم Pop III يحترق وقوده من أجل الاندماج النووي بشكل أسرع من النجوم الأصغر حجمًا، وهذه الأعمار القصيرة تجعله أهدافًا بعيدة المنال لعلماء الفلك.
ونظرًا لأن هذه النجوم الأولى مسؤولة عن تشكيل المعادن التي من شأنها أن تصبح اللبنات الأساسية للجيل القادم من النجوم الأقل فقرًا بالمعادن، فإن دراستها تعد أمرًا أساسيًا لفهم التطور الكوني. يشير بحث جديد إلى أن تلسكوب نانسي جريس الروماني (أو اختصارًا رومان)، المقرر إطلاقه في عام 2027، يمكن أن يكون لديه طريقة فريدة للقيام بذلك.
متعلق ب: يشهد علماء الفلك 18 ثقبًا أسودًا مفترسًا تمزق النجوم وتلتهمها
بدلًا من البحث عن نجوم Pop III سليمة، سيبحث رومان عما تبقى منها بعد أن ابتعدت كثيرًا عن الثقوب السوداء ودمرت في أحداث يسميها علماء الفلك أحداث اضطراب المد والجزر، أو TDEs.
وقال عضو فريق الدراسة والعالم في جامعة ييل بريامفادا ناتاراجان: “بما أننا نعلم أن الثقوب السوداء من المحتمل أن تكون موجودة في هذه العصور المبكرة، فإن اصطيادها أثناء التهام هذه النجوم الأولى قد يوفر لنا أفضل فرصة لاكتشاف نجوم Pop III بشكل غير مباشر”. إفادة.
سوف يشاهد رومان تدمير النجوم الأولى
عندما يمر نجم بالقرب من ثقب أسود، فإن تأثير الجاذبية الهائل الذي يواجهه يولد قوى مد هائلة داخله. يؤدي هذا إلى ضغط النجم أفقيًا بينما يتم تمدده عموديًا. تتحول المادة التي يتكون منها النجم إلى “معكرونة” من المادة النجمية، في عملية تسمى “المعكرونة”.
ومع ذلك، فإن المادة التي كانت تشكل النجم المنكوب لا يمكن أن تسقط على الفور في الثقب الأسود. وبدلا من ذلك، فإنه يتجمع في سحابة مسطحة حول الثقب الأسود تسمى القرص التراكمي. وعندما تدور هذه المادة حول الثقب الأسود وباتجاهه، فإنها تسخن، وتصدر توهجًا يمكن رؤيته في بعض الحالات على مدى مليارات السنين الضوئية.
TDEs نفسها هي أحداث عابرة. وهذا يعني أنه عندما يتم تدمير النجم، يكون هناك توهج قصير ولكن مكثف في الأشعة السينية والراديو والأشعة فوق البنفسجية والأطوال الموجية الضوئية للضوء. هذه هي الطريقة التي تظهر بها TDEs في الكون المحلي، حيث لم تعد نجوم Pop III موجودة. لكن هذه الأحداث العنيفة تبدو مختلفة تمامًا عند رؤيتها عبر مسافات شاسعة تصل إلى 13 مليار سنة ضوئية أو نحو ذلك.
وذلك لأنه أثناء انتقال الضوء الناتج عن هذه الأحداث، يؤدي توسع الفضاء إلى إطالة الطول الموجي، مما يدفعه إلى الجزء تحت الأحمر من الطيف – وهي ظاهرة تسمى “الانزياح الأحمر”.
بالإضافة إلى ذلك، تتغير الطبيعة العابرة لـ TDEs مع انتقال ضوءها عبر الكون. وذلك لأن الانزياح نحو الأحمر يتسبب في سطوع TDE المدمر لـ Pop III على مدار مئات إلى آلاف الأيام ثم يتلاشى على مدار فترة زمنية تصل إلى عقد من الزمن.
وقال قائد فريق الدراسة رودراني كار تشودري، وهو أحد الباحثين في الدراسة: “إن الجداول الزمنية لتطور Pop III TDEs طويلة جدًا، وهي إحدى السمات التي يمكن أن تميز Pop III TDE عن غيرها من العناصر العابرة، بما في ذلك المستعرات الأعظمية و TDEs لنجوم الجيل الحالي مثل شمسنا”. زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة هونغ كونغ.
متعلق ب: الثقوب السوداء: كل ما تحتاج إلى معرفته
من خلال توفير مجال رؤية بانورامي للكون أكبر 200 مرة من ذلك الذي يوفره تلسكوب هابل الفضائي، ومن خلال مسح السماء أسرع 1000 مرة من هذا التلسكوب الأيوني، يجب أن يكون رومان الأداة المثالية للعثور على هذه TDEs المبكرة. قال الأعضاء.
في حين أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لناسا لديه نوع من القوة اللازمة لرؤية هذه TDEs البعيدة والمبكرة، فإن مجال رؤيته أيضًا أصغر بكثير من مجال رؤية رومان. وهذا يعني أنه ليس فعالاً في رصد TDE مثل التلسكوب الفضائي القادم. سيكون من الأمور الواعدة بشكل خاص في البحث عن نجوم Pop III المدمرة هو مسح منطقة High Latitude الواسعة الذي يقوم به رومان، والذي سيكون له منظر بمساحة 2000 درجة مربعة للسماء خارج مستوى درب التبانة.
وقالت عضوة الفريق جين داي، أستاذة الفيزياء الفلكية في جامعة هونغ كونغ: “يمكن لرومان أن يتعمق كثيرًا ويغطي مساحة كبيرة جدًا من السماء”. “هذا هو المطلوب لاكتشاف عينة ذات معنى من هذه TDEs.”
قصص ذات الصلة:
– يعلن الثقب الأسود عن نفسه لعلماء الفلك عن طريق تمزيق نجم بعنف
– الثقب الأسود يمزق النجم في جنون التغذية الكونية الذي أثار إعجاب علماء الفلك
– يكشف مرصد ناسا للأشعة السينية كيف تبتلع الثقوب السوداء النجوم وتلفظ المادة
هذا لا يعني أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي لن يلعب دورًا في البحث عن TDEs التي تتضمن نجوم Pop III. عندما يرصد الروماني مثل هذا الحدث، فإن الرؤية القوية بالأشعة تحت الحمراء لـ JWST ستكون قادرة على تكبيرها واستخدام أدواتها الطيفية لتحديد وجود المعادن. سيحدد هذا ما إذا كان TDE يتضمن بالفعل تدمير نجم Pop III.
وقال كار شودري: “بما أن هذه النجوم تتكون فقط من الهيدروجين والهيليوم، فلن نرى أي خطوط معدنية في طيف الأجسام، بينما في أطياف TDEs من النجوم العادية، يمكننا رؤية خطوط معدنية مختلفة”.
وبالتالي، يمكن لفريق العلامات هذا المكون من Roman وJWST أن يكشف أسرار النجوم الأولى في الكون وكيف أثرت على تطور الأجيال القادمة من النجوم والمجرات التي تستضيفها.
تم نشر البحث على الإنترنت في 8 مايو في مجلة Astrophysical Journal Letters.