பெருவெடிப்புக்கு 100 கோடி ஆண்டுகளுக்குப் பின், ஏறக்குறைய கார்பனே இல்லாத ஒரு விண்மீன் திரள்

பெருவெடிப்புக்குச் சற்றுப் பின், சாதாரணப் பொருள் ஏறக்குறைய ஹைட்ரஜனும் ஹீலியமும் மட்டுமே. ஒவ்வொரு கனமான தனிமமும் — கார்பன், ஆக்சிஜன், இரும்பு — பின்னர் விண்மீன்களுக்குள் உருவாக்கப்பட்டு, அவற்றின் வெடிப்புகளால் சிதறடிக்கப்பட்டது.

விண்மீன்கள் எப்படிப் பிறக்கின்றன என்பதற்கு இது முக்கியம். சுருங்கி விழும் வாயு மேகம் சுருங்கும்போது சூடாகிறது; விண்மீன்களாகப் பிளவுபட அது அந்த வெப்பத்தை வெளியேற்ற வேண்டும். இன்றைய பேரண்டத்தில், கார்பன், ஆக்சிஜன் அயனிகளே குளிர்விப்பின் பெரும்பகுதியைச் செய்கின்றன; மேகங்கள் எல்லா அளவுகளிலும் விண்மீன்களாகப் பிளவுபடுகின்றன, அவற்றில் பல சூரியனைவிடச் சிறியவை. அந்தத் தனிமங்கள் இல்லாமல், முதல் மேகங்கள் ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகள் வழியாக மட்டுமே குளிர முடிந்தது. அவை பெரிய துண்டுகளாக உடைந்தன; அவை உருவாக்கிய விண்மீன்கள் பெரும்பாலும் பெருநிறை கொண்டவை.

“இயல்பான” விண்மீன் உருவாக்கத்துக்கு மாற எவ்வளவு கார்பனும் ஆக்சிஜனும் தேவை? மிகக் குறைவு: சூரியனின் பங்கில் சுமார் 1/3,000. அந்த வாசல் மிக வேகமாகக் கடக்கப்பட்டதால், James Webb விண்வெளித் தொலைநோக்கியால் பார்க்கப்பட்டவை உட்பட, இதுவரை ஒளிர்வதாகக் காணப்பட்ட ஒவ்வொரு தொலைதூர விண்மீன் திரளும், பார்க்கக்கூடிய அளவு பிரகாசமாகும் நேரத்தில் அதற்கு வெகு மேலே ஏற்கெனவே இருந்தது.

குவாசாரின் ஒளியில் ஒரு மேகத்தைப் படித்தல்

ஆதிகால வாயுவைக் கண்டறிய இன்னொரு வழி உண்டு: அதற்குப் பின்னால் உள்ள பிரகாசமான ஒன்றின் ஒளியை அது உறிஞ்ச விடுவது. Heidelberg University-ஐச் சேர்ந்த Sarah Bosman, Max Planck Institute for Astronomy-ஐச் சேர்ந்த Frederick Davies, அவர்களின் 23 சக ஆய்வாளர்கள், 4.5 முதல் 5.5 வரையிலான செம்பெயர்ச்சியில் (redshift) உள்ள மிகப் பிரகாசமான 30 குவாசார்களை GHOST மூலம் ஆய்வு செய்து வருகின்றனர்; இது 2024-இல் சிலியில் உள்ள Gemini South தொலைநோக்கியில் நிறுவப்பட்ட நிறமாலைமானி; இதுவரை கட்டப்பட்டதிலேயே மிக உணர்திறன் மிக்க உயர் பிரிதிறன் நிறமாலைமானி என அவர்கள் இதை விவரிக்கின்றனர்.

குவாசார் J1941−4500-இன் ஒளி, நடுநிலை ஹைட்ரஜனின் அடர்த்தியான மேகத்தைக் கடக்கிறது — ஒரு “தணிந்த லைமன்-ஆல்ஃபா உறிஞ்சி” (damped Lyman-alpha absorber); ஒரு விண்மீன் திரளின் விண்மீன் உருவாக்கப் பகுதிகளிலிருந்து சில கிலோபார்செக்குகளுக்குள் இருப்பதாகக் கருதப்படும் வகை வாயுத் தேக்கம். மேகத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு தனிமமும் தனக்கே உரிய அலைநீளங்களில் ஒளியை உறிஞ்சுகிறது. 5.8 மணிநேர வெளிப்பாட்டுக்குப் பிறகு, குழுவால் சிலிக்கான், ஆக்சிஜன், கார்பன் ஆகியவற்றை அளக்க முடிந்தது; இரும்பு கண்டறியப்படவே இல்லை.

இதுவரையிலான மிகத் தூய மேகம்

UMP-DLA-1 எனப் பெயரிடப்பட்ட மேகம், பெருவெடிப்புக்குச் சுமார் 110 கோடி ஆண்டுகளுக்குப் பின்னான 5.14 செம்பெயர்ச்சியில் உள்ளது. அதன் எண்கள்:

• கார்பன்: ஹைட்ரஜனுடன் ஒப்பிடுகையில் சூரியனைவிட 11,000 மடங்கு குறைவு (மிக அண்மைய சூரியக் குறிப்பளவுடன் சுமார் 16,000 மடங்கு குறைவு).
• ஆக்சிஜனும் சிலிக்கானும்: சூரியனைவிடச் சுமார் 5,000 மடங்கு குறைவு.
• முன்பு அறியப்பட்ட இதுபோன்ற எந்த மேகத்தையும்விட, ஆக்சிஜன், சிலிக்கானில் மூன்று மடங்குக்கும் மேலும், கார்பனில் நான்கு மடங்கும் ஏழ்மையானது. இரும்பிலும் இதுவே மிக ஏழ்மையானது.
• ஹீலியத்தைவிடக் கனமான தனிமங்களின் மொத்த நிறைப் பின்னம்: பத்து லட்சத்தில் 3.16.

ஒரு மேகம் போதுமான அளவு குளிர முடியுமா என்பதைக் கணிக்கும் “நிலைமாற்றப் பிரித்தறிவி” (transition discriminant) என்ற ஒற்றை எண்ணில் ஆசிரியர்கள் கார்பனையும் ஆக்சிஜனையும் இணைக்கின்றனர்:

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

−3.5-க்குக் கீழே, ஒரு மேகம் சுமார் ஒரு சூரிய நிறையைவிடச் சிறிய விண்மீன்களாகச் சுருங்க முடியாது. UMP-DLA-1 −3.85-இல் உள்ளது. இந்தக் கோட்டுக்குக் கீழே இதுவரை கண்டறியப்பட்ட முதல் வாயுத் தேக்கம் இதுவே — எனவே அதன் குறைந்த உலோக உள்ளடக்கம் மட்டுமே அதன் விண்மீன்கள் பெரும்பாலும் கனமானவை என்பதை உறுதிசெய்கிறது.

தொடக்ககாலப் பேரண்டத்தின் தாமதமான ஒரு பை

முதல் விண்மீன்கள் தோன்றி நீண்ட காலத்துக்குப் பின்னும் — மறுஅயனியாக்கக் காலம் முடிந்த பின்னும்கூட — ஏறக்குறைய தீண்டப்படாத வாயுவில், பெரும்பாலும் பெருநிறை விண்மீன்களுடன் விண்மீன் உருவாக்கம் இன்னும் சாத்தியமாக இருந்தது என்பதே இதன் பொருள்.

அந்தப் பெருநிறை, உலோகம் குறைந்த விண்மீன்கள் வெடித்தபோது என்ன விட்டுச்சென்றன என்பதற்கான மாதிரியாகவும் மேகத்தின் வேதியியல் உள்ளது: ஆக்சிஜனைவிடச் சற்றுக் குறைவான கார்பன், சூரிய விகிதங்களில் ஆக்சிஜனும் சிலிக்கானும். இந்த முறைமை தனியாக, அந்த விண்மீன்கள் உண்மையிலேயே முதல் தலைமுறையா அல்லது தொடக்ககால இரண்டாம் தலைமுறையா என்று சொல்ல முடியாது. ஆனால், முந்தைய பணிகள் முதல் தலைமுறை விண்மீன்களின் வெறும் 1 முதல் 30 மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்புகளுடன் (supernovae) தொடர்புபடுத்திய, பிற்காலத்தில் கண்டறியப்பட்ட மேகங்களுடன் இது பொருந்துகிறது. 20-க்கு அப்பாலான செம்பெயர்ச்சி வரை வெகு பின்னோக்கிப் பார்ப்பதைவிட, 7-க்குக் கீழான செம்பெயர்ச்சிகளில், எஞ்சிய தூய வாயுப் பைகளில் முதல் விண்மீன்களின் சுவடுகளைத் தேடுவது அதிகப் பலன் தரக்கூடும் என்று ஆசிரியர்கள் பரிந்துரைக்கின்றனர்.

பால்வழிக்கு அருகிலுள்ள சிறிய குள்ள விண்மீன் திரள்களில் உள்ள மிகப் பழைய, மிக ஏழ்மையான சில விண்மீன்கள் இதே வேதியியல் அடையாளத்தைக் கொண்டுள்ளன. இதைப் போன்ற விண்மீன் திரள்களில் பிறந்த சிறிய விண்மீன்களில் கடைசியாக எஞ்சியிருப்பவை அவையாக இருப்பது “முற்றிலும் சாத்தியம்” என்று ஆசிரியர்கள் கூறுகின்றனர்.

அதிர்ஷ்டமா, பொதுவானதா?

வெறும் 30 குவாசார்களில் இத்தகைய மேகத்தைக் கண்டது வியப்பானது. ஆய்வு அசாதாரணமான அதிர்ஷ்டம் பெற்றிருந்தாலன்றி, இத்தகைய மேலும் பல மேகங்கள், தொடக்ககாலப் பேரண்டத்தின் அடர்த்தியான ஹைட்ரஜன் உறிஞ்சலுக்குள் புதைந்து, ஏற்கெனவே உள்ள நிறமாலைகளில் ஒளிந்திருக்கலாம் என்று ஆசிரியர்கள் எழுதுகின்றனர். Euclid பயணம் கண்டறியவிருக்கும் மங்கலான குவாசார்களை நோக்கித் திருப்பப்படும் Extremely Large Telescope போன்ற எதிர்கால மாபெரும் தொலைநோக்கிகள் முழுமையான கணக்கெடுப்பைச் செய்ய வேண்டும். இப்போதைக்கு, UMP-DLA-1 ஒற்றைப் பொருள்; அதன் வாயு ஒரே தொகுதியாக நகர்கிறது என்ற அனுமானத்தின் கீழ் அது அளக்கப்பட்டது — நிறைவுற்ற (saturated) உறிஞ்சல் கோடுகள் இல்லாததை வைத்து ஆசிரியர்கள் அந்த அனுமானத்தை ஆதரிக்கின்றனர்.