বিগ ব্যাংয়ের ১০০ কোটি বছর পরে প্রায় কার্বনহীন একটি ছায়াপথ

বিগ ব্যাংয়ের ঠিক পরে সাধারণ পদার্থ ছিল প্রায় কেবল হাইড্রোজেন আর হিলিয়াম। প্রতিটি ভারী মৌল — কার্বন, অক্সিজেন, লোহা — তৈরি হয়েছে পরে, তারাদের ভেতরে, আর ছড়িয়ে পড়েছে তাদের বিস্ফোরণে।

তারার জন্মের পক্ষে এটি গুরুত্বপূর্ণ। চুপসে যাওয়া একটি গ্যাস-মেঘ সংকুচিত হতে হতে গরম হয়, আর তারায় ভেঙে যেতে হলে সেই তাপ তাকে ঝেড়ে ফেলতে হয়। আজকের মহাবিশ্বে বেশির ভাগ শীতলীকরণের কাজ করে কার্বন আর অক্সিজেনের আয়ন, আর মেঘগুলো ভেঙে যায় সব আকারের তারায়, যার অনেকগুলো সূর্যের চেয়ে ছোট। এই মৌলগুলো ছাড়া প্রথম মেঘগুলো ঠান্ডা হতে পারত কেবল হাইড্রোজেন অণুর মাধ্যমে। সেগুলো ভেঙেছে বড় বড় খণ্ডে, আর তাদের তৈরি তারারা ছিল বেশির ভাগই বিশাল।

“স্বাভাবিক” তারা-গঠনে যেতে কতটা কার্বন আর অক্সিজেন লাগে? খুবই সামান্য: সূর্যের অংশের প্রায় ১/৩,০০০। এই সীমা এত দ্রুত পেরিয়ে যাওয়া হয়েছিল যে এখন পর্যন্ত জ্বলজ্বল করতে দেখা প্রতিটি দূরের ছায়াপথ, জেমস ওয়েব স্পেস টেলিস্কোপে দেখাগুলোসহ, দেখার মতো উজ্জ্বল হতে হতেই এর অনেক ওপরে উঠে যায়।

কোয়েসারের আলোয় একটি মেঘ পড়া

আদিম গ্যাস খোঁজার আরেকটি উপায় আছে: পেছনের কোনো উজ্জ্বলতর বস্তুর আলো তাকে শোষণ করতে দেওয়া। হাইডেলবার্গ বিশ্ববিদ্যালয়ের সারা বসম্যান, ম্যাক্স প্লাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর অ্যাস্ট্রোনমির ফ্রেডরিক ডেভিস এবং ২৩ জন সহকর্মী ৪.৫ থেকে ৫.৫ লোহিত সরণের ৩০টি উজ্জ্বলতম কোয়েসার জরিপ করছেন GHOST দিয়ে — চিলির জেমিনি সাউথ টেলিস্কোপে ২০২৪ সালে বসানো একটি বর্ণালিমাপক, যাকে তাঁরা এ পর্যন্ত তৈরি সবচেয়ে সংবেদনশীল উচ্চ-বিভেদনের বর্ণালিমাপক বলে বর্ণনা করেন।

কোয়েসার J1941−4500-এর আলো নিস্তড়িৎ হাইড্রোজেনের একটি ঘন মেঘ পেরিয়ে আসে — একটি “ড্যাম্পড লাইম্যান-আলফা শোষক”, এমন ধরনের গ্যাস-আধার যা কোনো ছায়াপথের তারা-গঠন অঞ্চল থেকে কয়েক কিলোপারসেকের মধ্যে থাকে বলে মনে করা হয়। মেঘের প্রতিটি মৌল নিজস্ব তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো শোষণ করে। ৫.৮ ঘণ্টা এক্সপোজারের পর দলটি সিলিকন, অক্সিজেন আর কার্বন মাপতে পেরেছে; লোহা একেবারেই শনাক্ত হয়নি।

এ পর্যন্ত সবচেয়ে আদিম মেঘ

UMP-DLA-1 নামের মেঘটি ৫.১৪ লোহিত সরণে, বিগ ব্যাংয়ের প্রায় ১১০ কোটি বছর পরে। এর সংখ্যাগুলো:

কার্বন: হাইড্রোজেনের তুলনায় সূর্যের চেয়ে ১১,০০০ গুণ কম (সবচেয়ে সাম্প্রতিক সৌর মানদণ্ডে প্রায় ১৬,০০০ গুণ কম)।
অক্সিজেন আর সিলিকন: সূর্যের চেয়ে প্রায় ৫,০০০ গুণ কম।
আগে জানা এমন যেকোনো মেঘের চেয়ে এটি অক্সিজেন ও সিলিকনে তিন গুণেরও বেশি, আর কার্বনে চার গুণ দরিদ্র। লোহাতেও এটি সবচেয়ে দরিদ্র।
হিলিয়ামের চেয়ে ভারী মৌলগুলোর মোট ভর-ভগ্নাংশ: দশ লাখে ৩.১৬।

লেখকেরা কার্বন আর অক্সিজেনকে একটিমাত্র সংখ্যায় মিলিয়েছেন, “রূপান্তর-নির্ণায়ক” (transition discriminant), যা বলে দেয় একটি মেঘ যথেষ্ট ঠান্ডা হতে পারবে কি না:

D_trans = log₁₀ (10^[C/H] + 0.3 × 10^[O/H])

−৩.৫-এর নিচে একটি মেঘ প্রায় এক সৌর ভরের চেয়ে ছোট তারায় চুপসে যেতে পারে না। UMP-DLA-1 আছে −৩.৮৫-এ। এটিই এই রেখার নিচে পাওয়া প্রথম গ্যাস-আধার — তাই কেবল এর কম ধাতু-পরিমাণই নিশ্চিত করে যে এর তারারা বেশির ভাগই ছিল ভারী।

আদি মহাবিশ্বের একটি দেরিতে টিকে থাকা কোণ

এর মানে, প্রায় অস্পৃষ্ট গ্যাসে, বেশির ভাগই বিশাল তারা নিয়ে তারা-গঠন প্রথম তারাদের আবির্ভাবের অনেক পরেও — এমনকি পুনঃআয়নন যুগ (epoch of reionisation) শেষ হওয়ার পরেও — সম্ভব ছিল।

মেঘটির রসায়ন সেই বিশাল, ধাতু-দরিদ্র তারাগুলো বিস্ফোরণের পর কী রেখে গিয়েছিল তারও একটি নমুনা: অক্সিজেনের চেয়ে সামান্য কম কার্বন, আর অক্সিজেন ও সিলিকন তাদের সৌর অনুপাতে। নিজে থেকে এই ধারা বলতে পারে না যে তারাগুলো সত্যিই প্রথম প্রজন্মের ছিল, নাকি প্রথম দিকের দ্বিতীয় প্রজন্মের। কিন্তু এটি পরবর্তী সময়ে পাওয়া সেই মেঘগুলোর সঙ্গে মেলে, যেগুলোকে আগের গবেষণা প্রথম প্রজন্মের তারার মাত্র ১ থেকে ৩০টি সুপারনোভায় চিহ্নিত করেছিল। লেখকেরা প্রস্তাব করেছেন, ৭-এর কম লোহিত সরণে আদিম গ্যাসের অবশিষ্ট কোণে প্রথম তারাদের চিহ্ন খোঁজা, লোহিত সরণ ২০-এর ওপারে অনেক পেছনে তাকানোর চেয়ে বেশি ফলপ্রসূ হতে পারে।

আকাশগঙ্গার কাছের ছোট বামন ছায়াপথগুলোতে কয়েকটি খুব পুরোনো, খুব ধাতু-দরিদ্র তারা একই রাসায়নিক স্বাক্ষর বহন করে। লেখকেরা বলেছেন, এটা “পুরোপুরি সম্ভব” যে এরাই এমন ছায়াপথে জন্মানো ছোট তারাদের শেষ বেঁচে থাকা সদস্য।

ভাগ্য, নাকি সাধারণ ঘটনা?

মাত্র ৩০টি কোয়েসারের মধ্যে এমন একটি মেঘ পাওয়া বিস্ময়কর। লেখকেরা লিখেছেন, জরিপটি অসাধারণ ভাগ্যবান না হলে এমন আরও মেঘ বিদ্যমান বর্ণালিতে লুকিয়ে থাকতে পারে, আদি মহাবিশ্বের ঘন হাইড্রোজেন-শোষণের নিচে চাপা পড়ে। ভবিষ্যতের দৈত্যাকার টেলিস্কোপ, যেমন এক্সট্রিমলি লার্জ টেলিস্কোপ, ইউক্লিড অভিযান যেসব ক্ষীণ কোয়েসার আবিষ্কার করবে সেগুলোর দিকে তাক করা হলে, একটি পূর্ণ শুমারি করতে পারবে। আপাতত UMP-DLA-1 একটিমাত্র বস্তু, যা মাপা হয়েছে এই অনুমানে যে এর গ্যাস একটি অখণ্ড পিণ্ডের মতো চলে — যে অনুমানকে লেখকেরা সমর্থন করেছেন সম্পৃক্ত শোষণ-রেখার অনুপস্থিতি দিয়ে।