چرا ستارگان اولیه نمی‌توانستند به رشد بی‌پایان ادامه دهند؟

این ستارگان که به نام ستارگان جمعیت ۳ شناخته می‌شوند، ستارگانی بسیار بزرگ و درخشان بودند که عمر کوتاهی داشتند و بسیاری از آنها با انفجار به عنوان ابرنواخترهای اولیه به پایان رسیدند.

اما حتی این ستارگان اولیه نیز با محدودیت‌هایی در رشد مواجه بودند. بازخورد ستاره‌ای نقش مهمی در تشکیل ستارگان امروزی ایفا می‌کند. هنگامی که ستارگان جوان رشد می‌کنند، تابش قدرتمندی ساطع می‌کنند که می‌تواند گازهای اطرافشان که برای ادامه رشد نیاز دارند را پراکنده کند. این فرآیند به نام بازخورد تابشی پروتواستلار شناخته می‌شود و علاوه بر اثر محدودکننده‌ای که میدان‌های مغناطیسی آنها بر رشدشان دارند، رخ می‌دهد.

با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که رشد ستارگان جمعیت ۳ به وسیله میدان‌های مغناطیسی آنها محدود شده است. این تحقیق تحت عنوان “میدان‌های مغناطیسی میزان جرم ستارگان جمعیت III را حتی قبل از آغاز بازخورد تابشی پروتواستلار محدود می‌کنند” منتشر شده و نویسنده اصلی آن پیوش شاردا، اخترفیزیک‌دان از رصدخانه لیدن در هلند است.

دانشمندان به منظور درک چگونگی شکل‌گیری ستارگان، ستارگان در حال تشکیل در جهان امروز را مطالعه می‌کنند. این کار دشوار است زیرا ستارگان زمان زیادی برای شکل‌گیری نیاز دارند، در حالی که ما فقط چند دهه است که ستارگان جوان را از فاصله دور مشاهده می‌کنیم. ستارگان اجسام عظیم، پرانرژی و پیچیده‌ای هستند که اسرارشان به راحتی فاش نمی‌شود.

سوالات زیادی در مورد شکل‌گیری ستارگان بی‌پاسخ مانده است، اما تصویر کلی از این فرآیند به دست آمده است. ابتدا یک ابر هیدروژن مولکولی سرد شکل می‌گیرد که به هسته‌های متراکم تبدیل می‌شود. این هسته‌ها تبدیل به پروتواستار می‌شوند که به آنها اجسام ستاره‌ای جوان (YSOs) نیز گفته می‌شود. دیسک‌های انباشت ماده در اطراف ستارگان جوان شکل می‌گیرند و اینجاست که بازخورد تابشی وارد می‌شود.

هنگامی که ستارگان جوان ماده جذب می‌کنند، گرم می‌شوند و این گرما را به سمت دیسک‌های انباشت خود تابش می‌کنند. با گرم شدن مواد داخل دیسک، فرآیند جذب کند یا حتی متوقف می‌شود. بنابراین بازخورد تابشی باعث محدود شدن رشد آنها می‌شود.

YSOs همچنین سریع‌تر از ستارگان بالغ می‌چرخند. این چرخش میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی ایجاد می‌کند که جت‌هایی از قطب‌های YSOها ایجاد می‌کنند. این جت‌ها مقداری از انرژی انباشت را از بین می‌برند و رشد ستارگان را محدود می‌کنند. این جت‌ها همچنین می‌توانند مقداری از گاز اطراف را پراکنده کنند و رشد آنها را بیشتر محدود سازند.

با این حال، تصویر برای ستارگان جمعیت ۳ ممکن است متفاوت باشد. برای شروع، وجود آنها در حال حاضر فرضی است، هرچند که نظریه از آن پشتیبانی می‌کند. اگر آنها واقعی باشند، اخترفیزیک‌دانان می‌خواهند بدانند که چگونه شکل گرفته‌اند و محدودیت‌های رشد آنها چه بوده است. اگر آنها واقعی باشند، ستارگان جمعیت ۳ نقش حیاتی در جهان ایفا کرده‌اند، زیرا اولین فلزات را ایجاد کرده و آنها را در فضا پراکنده کردند.

بر اساس نویسندگان تحقیق جدید، شبیه‌سازی‌ها هنوز به اندازه کافی کامل نیستند تا جرم‌های ستارگان جمعیت ۳ را توضیح دهند. نتایج شبیه‌سازی‌های دقیق‌تر آنها که شامل میدان‌های مغناطیسی و عوامل دیگر هستند، نشان می‌دهند که این ستارگان اولیه به حدود ۶۵ جرم خورشیدی محدود شده‌اند.

این نتایج نشان می‌دهند که هر دو شبیه‌سازی که شامل میدان‌های مغناطیسی بوده‌اند، منجر به تشکیل خوشه‌های ستارگان جمعیت ۳ شده است. این بدان معنی است که تکامل ستارگان جمعیت ۳ در هر دو شبیه‌سازی تحت تأثیر حضور ستارگان همراه قرار می‌گیرد.

نتایج همچنین نشان می‌دهند که در شبیه‌سازی‌هایی که شامل میدان‌های مغناطیسی هستند، مقدار جرم که ابتدا به پوشش ستاره می‌رسد، افزایش می‌یابد و سپس کاهش می‌یابد. این در حالی است که در شبیه‌سازی‌هایی که میدان‌های مغناطیسی ندارند، انتقال جرم از پوشش به دیسک انباشت در ابتدا سریع است و باعث کاهش جرم در پوشش و افزایش جرم در دیسک می‌شود.

این تحقیق نشان می‌دهد که میدان‌های مغناطیسی میزان گاز وارد شده به پوشش را در مراحل بعدی محدود می‌کنند و باعث کاهش جرم در دیسک انباشت می‌شوند. بنابراین، حداکثر جرم ستارگان جمعیت ۳ به‌طور طبیعی توسط میدان‌های مغناطیسی محدود می‌شود، حتی پیش از آن که بازخورد تابشی پروتواستلار فعال شود.

اگرچه ستارگان جمعیت ۳ تنها فرضی هستند، نظریه‌های فیزیکی کیهان‌شناسی ما به وجود آنها بستگی دارند. اگر آنها وجود نداشته باشند، پس چیزی بنیادی در مورد جهان وجود دارد که فراتر از درک ماست. با این حال، نظریه‌های کیهان‌شناسی ما به خوبی آنچه را که در جهان امروز می‌بینیم، توضیح می‌دهند.