మహావిస్ఫోటనం తర్వాత 100 కోట్ల ఏళ్లకు, దాదాపు కార్బన్ లేని ఒక గెలాక్సీ
మహావిస్ఫోటనం జరిగిన వెంటనే, సాధారణ పదార్థం దాదాపు హైడ్రోజన్, హీలియం మాత్రమే. ప్రతి బరువైన మూలకం — కార్బన్, ఆక్సిజన్, ఇనుము — తర్వాత నక్షత్రాల లోపల తయారై, వాటి పేలుళ్ల ద్వారా చెల్లాచెదురైంది.
నక్షత్రాలు ఎలా పుడతాయన్న దానికి ఇది ముఖ్యం. కుంచించుకుపోతున్న వాయు మేఘం చిన్నదవుతున్న కొద్దీ వేడెక్కుతుంది, నక్షత్రాలుగా విడిపోవాలంటే ఆ వేడిని వదిలించుకోవాలి. నేటి విశ్వంలో, చల్లబరిచే పనిలో ఎక్కువ భాగాన్ని కార్బన్, ఆక్సిజన్ అయాన్లు చేస్తాయి, మేఘాలు అన్ని పరిమాణాల నక్షత్రాలుగా విడిపోతాయి, వాటిలో చాలా సూర్యుని కంటే చిన్నవి. ఆ మూలకాలు లేకుండా, తొలి మేఘాలు హైడ్రోజన్ అణువుల ద్వారా మాత్రమే చల్లబడగలిగాయి. అవి పెద్ద ముక్కలుగా విడిపోయాయి, అవి తయారు చేసిన నక్షత్రాలు ఎక్కువగా భారీ నక్షత్రాలు.
“సాధారణ” నక్షత్ర నిర్మాణానికి మారడానికి ఎంత కార్బన్, ఆక్సిజన్ కావాలి? చాలా తక్కువ: సూర్యుని వాటాలో సుమారు 1/3,000. ఆ పరిమితి ఎంత వేగంగా దాటిపోయిందంటే, జేమ్స్ వెబ్ అంతరిక్ష టెలిస్కోప్‌తో సహా, ఇప్పటివరకు ప్రకాశిస్తూ కనిపించిన ప్రతి సుదూర గెలాక్సీ, కనిపించేంత ప్రకాశవంతమయ్యే సమయానికి ఆ పరిమితిని ఎప్పుడో మించిపోయింది.
క్వేసార్ కాంతిలో ఒక మేఘాన్ని చదవడం
ఆదిమ వాయువును కనుగొనడానికి మరో మార్గం ఉంది: దాని వెనుక ఉన్న మరింత ప్రకాశవంతమైన వస్తువు కాంతిని అది శోషించేలా చేయడం. హైడెల్‌బర్గ్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన సారా బోస్మన్, మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ ఆస్ట్రానమీకి చెందిన ఫ్రెడరిక్ డేవిస్, 23 మంది సహచరులు 4.5 నుంచి 5.5 మధ్య రెడ్‌షిఫ్ట్ వద్ద ఉన్న 30 అత్యంత ప్రకాశవంతమైన క్వేసార్లను GHOST తో సర్వే చేస్తున్నారు. ఇది 2024లో చిలీలోని జెమిని సౌత్ టెలిస్కోప్‌పై అమర్చిన వర్ణపటమాపకం, ఇప్పటివరకు నిర్మించిన అత్యంత సున్నితమైన అధిక-విభేదన వర్ణపటమాపకంగా వారు దీన్ని వర్ణిస్తారు.
క్వేసార్ J1941−4500 కాంతి తటస్థ హైడ్రోజన్‌తో కూడిన ఒక దట్టమైన మేఘాన్ని దాటుతుంది — ఒక “డ్యాంప్డ్ లైమన్-ఆల్ఫా శోషకం” (damped Lyman-alpha absorber), ఒక గెలాక్సీ నక్షత్ర నిర్మాణ ప్రాంతాల నుంచి కొన్ని కిలోపార్సెక్‌ల లోపల ఉంటుందని భావించే వాయు నిల్వ. మేఘంలోని ప్రతి మూలకం తనదైన తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద కాంతిని శోషిస్తుంది. 5.8 గంటల ఎక్స్‌పోజర్ తర్వాత, బృందం సిలికాన్, ఆక్సిజన్, కార్బన్‌లను కొలవగలిగింది; ఇనుము అస్సలు కనిపించలేదు.
ఇప్పటివరకు అత్యంత స్వచ్ఛమైన మేఘం
UMP-DLA-1 అని పేరు పెట్టిన ఈ మేఘం 5.14 రెడ్‌షిఫ్ట్ వద్ద, మహావిస్ఫోటనం తర్వాత సుమారు 110 కోట్ల ఏళ్ల నాటిది. దాని సంఖ్యలు:
- కార్బన్: హైడ్రోజన్‌కు సాపేక్షంగా సూర్యుని కంటే 11,000 రెట్లు తక్కువ (అత్యంత ఇటీవలి సౌర ప్రమాణంతో సుమారు 16,000 రెట్లు తక్కువ).
- ఆక్సిజన్, సిలికాన్: సూర్యుని కంటే సుమారు 5,000 రెట్లు తక్కువ.
- ఇంతకుముందు తెలిసిన అలాంటి ఏ మేఘం కంటే ఇది ఆక్సిజన్, సిలికాన్‌లో మూడు రెట్లకు పైగా, కార్బన్‌లో నాలుగు రెట్లు పేదది. ఇనుములోనూ ఇదే అత్యంత పేదది.
- హీలియం కంటే బరువైన మూలకాల మొత్తం ద్రవ్యరాశి భాగం: పది లక్షల్లో 3.16.
రచయితలు కార్బన్, ఆక్సిజన్‌లను ఒకే సంఖ్యగా కలుపుతారు, “పరివర్తన విచక్షణి” (transition discriminant), ఇది ఒక మేఘం తగినంతగా చల్లబడగలదా అని అంచనా వేస్తుంది:
D_trans = log₁₀ (10^[C/H] + 0.3 × 10^[O/H])
−3.5 కంటే కింద, ఒక మేఘం సుమారు ఒక సౌర ద్రవ్యరాశి కంటే చిన్న నక్షత్రాలుగా కుప్పకూలలేదు. UMP-DLA-1 −3.85 వద్ద ఉంది. ఈ రేఖ కింద ఇప్పటివరకు కనుగొన్న మొదటి వాయు నిల్వ ఇదే — కాబట్టి దాని తక్కువ లోహ పరిమాణమే దాని నక్షత్రాలు ఎక్కువగా బరువైనవని హామీ ఇస్తుంది.
తొలి విశ్వపు ఆలస్యంగా మిగిలిన ఒక జేబు
దీని అర్థం, దాదాపు తాకబడని వాయువులో, ఎక్కువగా భారీ నక్షత్రాలతో కూడిన నక్షత్ర నిర్మాణం, తొలి నక్షత్రాలు కనిపించిన చాలా కాలం తర్వాత కూడా — పునఃఅయనీకరణ యుగం ముగిసిన తర్వాత కూడా — ఇంకా సాధ్యమైంది.
మేఘం రసాయన కూర్పు ఆ భారీ, లోహ-పేద నక్షత్రాలు పేలినప్పుడు వెనుక వదిలిన దాని నమూనా కూడా: ఆక్సిజన్ కంటే కొంచెం తక్కువ కార్బన్, సౌర నిష్పత్తుల్లో ఆక్సిజన్, సిలికాన్. ఈ నమూనా ఒక్కటే, ఆ నక్షత్రాలు నిజంగా మొదటి తరానివా లేక తొలి రెండో తరానివా అని చెప్పలేదు. కానీ ఇది తర్వాతి కాలాల్లో కనుగొన్న మేఘాలతో సరిపోలుతుంది, వాటిని మునుపటి పరిశోధన మొదటి తరం నక్షత్రాల కేవలం 1 నుంచి 30 సూపర్‌నోవాలకు ఆపాదించింది. తొలి నక్షత్రాల ఆనవాళ్లను వెతకడానికి, రెడ్‌షిఫ్ట్ 20 దాటి చాలా వెనక్కి చూడటం కంటే, రెడ్‌షిఫ్ట్ 7 కంటే తక్కువ వద్ద మిగిలిపోయిన స్వచ్ఛమైన వాయు జేబుల్లో వెతకడం ఎక్కువ ఫలవంతం కావచ్చని రచయితలు సూచిస్తారు.
పాలపుంత దగ్గరి చిన్న మరుగుజ్జు గెలాక్సీల్లోని కొన్ని చాలా పాత, చాలా పేద నక్షత్రాలు అదే రసాయన సంతకాన్ని పంచుకుంటాయి. ఇలాంటి గెలాక్సీల్లో పుట్టిన చిన్న నక్షత్రాల్లో అవి చివరిగా మిగిలినవి కావడం “పూర్తిగా సాధ్యమే” అని రచయితలు అంటారు.
అదృష్టమా, సాధారణమా?
కేవలం 30 క్వేసార్లలోనే అలాంటి మేఘం కనిపించడం ఆశ్చర్యకరం. సర్వేకు అసాధారణమైన అదృష్టం కలిసిరాకపోతే, ఇలాంటి మరిన్ని మేఘాలు తొలి విశ్వపు దట్టమైన హైడ్రోజన్ శోషణలో కూరుకుపోయి, ఇప్పటికే ఉన్న వర్ణపటాల్లో దాగి ఉండవచ్చని రచయితలు రాశారు. ఎక్స్‌ట్రీమ్లీ లార్జ్ టెలిస్కోప్ వంటి భవిష్యత్ భారీ టెలిస్కోప్‌లను యూక్లిడ్ మిషన్ కనుగొనే మసక క్వేసార్ల వైపు తిప్పితే, పూర్తి గణన చేయగలవు. ప్రస్తుతానికి, UMP-DLA-1 ఒకే ఒక వస్తువు, దాని వాయువు ఒకే దిమ్మలా కదులుతుందనే ఊహతో కొలిచినది — సంతృప్త శోషణ రేఖలు లేకపోవడం ద్వారా రచయితలు ఈ ఊహకు మద్దతు ఇస్తారు.