پیشتر تصور میشد که در این دوران اولیه، شرایط لازم برای تولید آب وجود نداشته، زیرا عناصر سنگینتری مانند اکسیژن کمیاب بودند. اما شبیهسازیهای جدید نشان میدهند که حتی در جهان نوزاد، امکان تشکیل آب وجود داشته است.
دانیل ویلن، کیهانشناس دانشگاه پورتسموث بریتانیا، به همراه همکارانش، انفجار دو ستاره را با استفاده از پارامترهای مربوط به جهان اولیه بهصورت مجازی بازسازی کرد. آنها دریافتند که شرایط لازم برای تولید آب از همان ۱۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ فراهم بوده است.
محققان در مقاله خود نوشتهاند:
«شبیهسازیهای ما نشان میدهند که آب در کهکشانهای اولیه وجود داشته، زیرا پیشتر در هالههای تشکیلدهنده آنها شکل گرفته بود.»
امروزه، ستارههای غنی از فلزات دارای مقادیر زیادی اکسیژن در هستههای خود هستند، اما نخستین ستارهها تقریباً بهطور کامل از هیدروژن و هلیوم ساخته شده بودند. این ستارههای اولیه احتمالاً داغ و پرنور بودند و خیلی سریع میسوختند، به همین دلیل ردیابی آنها برای ستارهشناسان دشوار بوده است. اما دادههای جدید تلسکوپ جیمز وب (JWST) ممکن است نخستین شواهد مستقیم از وجود این ستارههای اولیه را ارائه داده باشد.
در نخستین ثانیه پس از انفجارهای شبیهسازیشدهی ابرنواختری، دما و فشار آنقدر بالا بود که باعث شد گازهای ستارهای اولیه به اکسیژن تبدیل شوند. پس از این رویداد فاجعهبار، گازهای پرانرژی پراکندهشده، که تا ۱۶۳۰ سال نوری گسترش یافته بودند، شروع به سرد شدن کردند.
این کاهش سریع دما پیش از آنکه مواد متراکم شوند، رخ داد و باعث شد که مولکولهای هیدروژن یونیزه به یکدیگر متصل شوند و دومین عنصر کلیدی آب یعنی هیدروژن مولکولی (H₂) را تشکیل دهند. در این میان، اکسیژن نیز در مناطق متراکمتر هالههای ابرنواختری با مقدار کافی هیدروژن برخورد کرده و به تشکیل آب در کیهان کمک کرده است.
علاوه بر این، بقایای متراکمتر ابرنواخترها، که غنی از فلزات سنگین بودند، احتمالاً به محل تشکیل نسل بعدی ستارگان و حتی سیارههای سنگی تبدیل شدهاند. ویلن و همکارانش توضیح میدهند:
«مقدار بالاتر فلزات… میتواند به تشکیل سیارات سنگی در دیسکهای پیشسیارهای پیرامون ستارگان کمجرم منجر شود.»
به این معنا که این سیارات اولیه میتوانستهاند میزبان آب باشند.
همچنین، احتمال دارد که چندین ستاره در یک منطقهی مشابه شکل بگیرند. محققان میگویند:
«در این صورت، ممکن است چندین انفجار ابرنواختری در یک هاله رخ دهد و با هم تداخل داشته باشند. این انفجارهای متعدد میتوانند هستههای متراکمتری ایجاد کنند و در نتیجه، محلهای بیشتری برای تشکیل و تمرکز آب در هاله فراهم شود.»
در مناطقی که چگالی گاز در هاله کم است، چندین انفجار ممکن است آب تشکیلشده را نابود کنند. اما در هستههای متراکمتر ابرها، مولکولهای H₂O به لطف وجود غبار که آنها را از تابشهای مخرب محافظت میکند، شانس بیشتری برای بقا دارند.
محاسبات این تیم نشان میدهد که میزان آبی که در کهکشانهای اولیه تولید شده، تنها ده برابر کمتر از میزان آب موجود در کهکشان ما بوده است. این یافتهها نشان میدهند که یکی از اصلیترین اجزای حیات، مدتها پیش در کیهان به فراوانی وجود داشته است.
این پژوهش در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.
