بگ بینگ کے 1 ارب سال بعد تقریباً کاربن سے خالی ایک کہکشاں

بگ بینگ کے فوراً بعد عام مادہ تقریباً صرف ہائیڈروجن اور ہیلیم پر مشتمل تھا۔ ہر بھاری عنصر — کاربن، آکسیجن، لوہا — بعد میں ستاروں کے اندر بنا، اور ان کے دھماکوں سے بکھرا۔

یہ ستاروں کی پیدائش کے طریقے کے لیے اہم ہے۔ سکڑتا ہوا گیسی بادل سکڑتے ہوئے گرم ہو جاتا ہے، اور ستاروں میں ٹوٹنے کے لیے اسے یہ حرارت خارج کرنی پڑتی ہے۔ آج کی کائنات میں ٹھنڈا کرنے کا زیادہ تر کام کاربن اور آکسیجن کے آئن کرتے ہیں، اور بادل ہر سائز کے ستاروں میں ٹوٹتے ہیں، جن میں سے بہت سے سورج سے چھوٹے ہوتے ہیں۔ ان عناصر کے بغیر پہلے بادل صرف ہائیڈروجن کے سالمات کے ذریعے ٹھنڈے ہو سکتے تھے۔ وہ بڑے ٹکڑوں میں ٹوٹے، اور ان سے بننے والے ستارے زیادہ تر بھاری بھرکم تھے۔

“معمول کی” ستارہ سازی کی طرف جانے کے لیے کتنا کاربن اور آکسیجن درکار ہے؟ بہت کم: سورج کے حصے کا تقریباً 1/3,000۔ یہ حد اتنی تیزی سے عبور ہوئی کہ اب تک چمکتی دیکھی گئی ہر دور دراز کہکشاں، بشمول جیمز ویب خلائی دوربین سے دیکھی گئی، جب تک اتنی روشن ہوتی ہے کہ نظر آ سکے، اس سے کافی اوپر جا چکی ہوتی ہے۔

کوازار کی روشنی میں ایک بادل کو پڑھنا

ابتدائی گیس ڈھونڈنے کا ایک اور طریقہ ہے: اسے اپنے پیچھے کسی زیادہ روشن چیز کی روشنی جذب کرنے دیں۔ ہائیڈلبرگ یونیورسٹی کی سارہ بوسمین، میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ برائے فلکیات کے فریڈرک ڈیوس اور ان کے 23 ساتھی 4.5 اور 5.5 کے درمیان سرخ منتقلی (redshift) والے 30 سب سے روشن کوازاروں کا GHOST سے جائزہ لے رہے ہیں، جو چلی میں جیمنی ساؤتھ دوربین پر 2024 میں نصب کیا گیا ایک اسپیکٹروگراف ہے اور جسے وہ اب تک بنایا گیا سب سے حساس اعلیٰ تفصیلی اسپیکٹروگراف قرار دیتے ہیں۔

کوازار J1941−4500 کی روشنی غیر جانبدار ہائیڈروجن کے ایک گھنے بادل سے گزرتی ہے — ایک “ڈیمپڈ لائمن الفا جاذب” (damped Lyman-alpha absorber)، گیس کے اس قسم کے ذخیرے کو کہتے ہیں جس کے بارے میں خیال ہے کہ وہ کسی کہکشاں کے ستارہ ساز علاقوں سے چند کلو پارسیک کے اندر ہوتا ہے۔ بادل کا ہر عنصر اپنی مخصوص طول موجوں پر روشنی جذب کرتا ہے۔ 5.8 گھنٹے کے ایکسپوژر کے بعد ٹیم سلیکان، آکسیجن اور کاربن کی پیمائش کر سکی؛ لوہا بالکل نہیں ملا۔

اب تک کا سب سے خالص بادل

UMP-DLA-1 نامی یہ بادل 5.14 کی سرخ منتقلی پر ہے، یعنی بگ بینگ کے تقریباً 1.1 ارب سال بعد۔ اس کے اعداد:

کاربن: ہائیڈروجن کے لحاظ سے سورج کے مقابلے میں 11,000 گنا کم (تازہ ترین شمسی حوالے کے مطابق تقریباً 16,000 گنا کم)۔
آکسیجن اور سلیکان: سورج کے مقابلے میں تقریباً 5,000 گنا کم۔
یعنی یہ پہلے معلوم اس قسم کے کسی بھی بادل سے آکسیجن اور سلیکان میں تین گنا سے زیادہ، اور کاربن میں چار گنا زیادہ غریب ہے۔ یہ لوہے میں بھی سب سے غریب ہے۔
ہیلیم سے بھاری عناصر کا کل کمیتی حصہ: دس لاکھ میں 3.16۔

مصنفین کاربن اور آکسیجن کو ایک ہی عدد میں یکجا کرتے ہیں، “عبوری امتیازی” (transition discriminant)، جو بتاتا ہے کہ آیا کوئی بادل کافی ٹھنڈا ہو سکتا ہے:

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

−3.5 سے نیچے کوئی بادل تقریباً ایک شمسی کمیت سے چھوٹے ستاروں میں نہیں ڈھل سکتا۔ UMP-DLA-1 کی قدر −3.85 ہے۔ یہ اس لکیر سے نیچے ملنے والا پہلا گیسی ذخیرہ ہے — لہٰذا صرف اس کی کم دھاتی مقدار ہی اس بات کی ضمانت ہے کہ اس کے ستارے زیادہ تر بھاری تھے۔

ابتدائی کائنات کی ایک دیر سے بچی جیب

اس کا مطلب ہے کہ تقریباً اچھوتی گیس میں، زیادہ تر بھاری ستاروں کے ساتھ، ستارہ سازی پہلے ستاروں کے ظاہر ہونے کے کافی عرصے بعد بھی ممکن تھی — یہاں تک کہ ری آئنائزیشن کے دور کے خاتمے کے بعد بھی۔

بادل کی کیمیا اس بات کا نمونہ بھی ہے کہ یہ بھاری، دھاتوں سے غریب ستارے پھٹتے وقت کیا چھوڑ گئے: آکسیجن کے مقابلے میں ذرا کم کاربن، اور آکسیجن اور سلیکان اپنے شمسی تناسب میں۔ اکیلے یہ نمونہ یہ نہیں بتا سکتا کہ آیا یہ ستارے واقعی پہلی نسل کے تھے یا ابتدائی دوسری نسل کے۔ لیکن یہ بعد کے زمانوں میں ملنے والے ان بادلوں سے میل کھاتا ہے جنہیں پچھلی تحقیق نے پہلی نسل کے ستاروں کے صرف 1 سے 30 سپرنووا سے جوڑا تھا۔ مصنفین تجویز کرتے ہیں کہ 7 سے کم سرخ منتقلی پر خالص گیس کی بچی ہوئی جیبوں میں پہلے ستاروں کے نشانات ڈھونڈنا، 20 سے آگے کی سرخ منتقلی تک بہت پیچھے دیکھنے کے مقابلے میں زیادہ ثمر آور ہو سکتا ہے۔

ملکی وے کے قریب چھوٹی بونی کہکشاؤں میں چند بہت پرانے، دھاتوں سے بہت غریب ستارے بھی یہی کیمیائی نشان رکھتے ہیں۔ مصنفین کہتے ہیں کہ یہ “بالکل ممکن” ہے کہ وہ اس جیسی کہکشاؤں میں پیدا ہونے والے چھوٹے ستاروں میں سے آخری بچ جانے والے ہوں۔

خوش قسمتی، یا عام بات؟

صرف 30 کوازاروں میں ایسا بادل مل جانا حیران کن ہے۔ مصنفین لکھتے ہیں کہ جب تک یہ سروے غیر معمولی طور پر خوش قسمت نہ ہو، ایسے مزید بادل موجودہ طیفوں میں چھپے ہو سکتے ہیں، ابتدائی کائنات کے گھنے ہائیڈروجن جذب میں دفن۔ مستقبل کی دیو ہیکل دوربینیں، جیسے ایکسٹریملی لارج ٹیلی اسکوپ، جب ان مدھم کوازاروں کی طرف موڑی جائیں گی جنہیں یوکلڈ مشن دریافت کرے گا، تو انہیں مکمل مردم شماری کر لینی چاہیے۔ فی الحال UMP-DLA-1 ایک اکیلا جسم ہے، جس کی پیمائش اس مفروضے پر کی گئی ہے کہ اس کی گیس ایک ہی ٹکڑے کی طرح حرکت کرتی ہے — ایک ایسا مفروضہ جس کی تائید مصنفین سیر شدہ (saturated) جذبی لکیروں کی غیر موجودگی سے کرتے ہیں۔