वेब टेलीस्कोप ने ऐसी आदिम आकाशगंगा खोजी कि मिल्की वे उसके सामने शॉपिंग मॉल लगता है

दशकों से, हबल से झाँकते खगोलविद ब्रह्मांड के पहले तारों को जीवन में झिलमिलाते देखने की कोशिश कर रहे थे। लेकिन ब्रह्मांड का निर्माण करने वाली छोटी आकाशगंगाएँ सबसे बढ़िया उपकरणों से भी देखने में बहुत धुंधली थीं। अब, खगोलविदों के पास दो चीज़ें हैं: वेब स्पेस टेलीस्कोप और थोड़ी ब्रह्मांडीय किस्मत।

नेचर में हाल ही में प्रकाशित एक पेपर में, जापान के कानाज़ावा विश्वविद्यालय में किमिहिको नाकाजिमा के नेतृत्व में एक टीम ने जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का उपयोग करके LAP1-B नामक एक अत्यंत धुंधली आकाशगंगा का अवलोकन किया, जैसा कि यह बिग बैंग के लगभग 800 मिलियन वर्ष बाद अस्तित्व में थी। यह अब तक देखी गई सबसे रासायनिक रूप से आदिम आकाशगंगा है - और यह कुछ कहता है, यह देखते हुए कि हमने कितनी आदिम चीज़ें देखी हैं।

LAP1-B 13 अरब प्रकाश-वर्ष दूर है। अकेले JWST के विशाल, सोने से लेपित बेरिलियम दर्पण भी पर्याप्त नहीं थे। टीम ने इसे MACS J046 नामक एक विशाल आकाशगंगा समूह के कारण देखा, जो हमारे और LAP1-B के बीच स्पेसटाइम को एक ब्रह्मांडीय मज़ाकिया दर्पण की तरह मोड़ता है। "गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग प्रभाव के माध्यम से आकाशगंगा को दृढ़ता से बढ़ाया गया था," नाकाजिमा ने कहा। विशेष रूप से, मुड़े हुए स्पेसटाइम ने LAP1-B की चमक को लगभग 100 गुना बढ़ा दिया।

उस बढ़ाव के बावजूद, LAP1-B इतना धुंधला है कि न तो JWST और न ही हबल इसके तारकीय सातत्य - इसके तारों की स्थिर पृष्ठभूमि प्रकाश - का पता लगा सका। नाकाजिमा और उनके सहयोगियों के लिए, यह अपने आप में एक सुराग था। दूरी और टेलीस्कोप संवेदनशीलता को जानते हुए, उन्होंने LAP1-B के तारकीय द्रव्यमान की कठोर ऊपरी सीमा की गणना की: 3,300 सूर्य। यह मिल्की वे के लगभग 100 अरब सौर द्रव्यमानों की तुलना में एक गोलाकार त्रुटि है।

JWST के दर्पणों से टकराने वाली अधिकांश रोशनी तारों से नहीं बल्कि चमकती गैस से आ रही थी। उस गैस की जाँच करते हुए, टीम को एहसास हुआ कि LAP1-B पहली प्राचीन आकाशगंगाओं के सबसे करीब है जिसे हमने देखा है। चमक विशाल तारों से उच्च-ऊर्जा विकिरण के आसपास के अंतरतारकीय गैस बादलों से टकराने से आती है, जिससे वे प्रतिदीप्त होते हैं। JWST के नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने प्रकाश को एक स्पेक्ट्रम में तोड़ा और रासायनिक संरचना का संकेत देने वाली उत्सर्जन रेखाओं की खोज की।

"हम मापना चाहते थे कि कितनी ऑक्सीजन मौजूद थी," नाकाजिमा ने कहा। विश्लेषण ने हाइड्रोजन और हीलियम से भारी तत्वों की गहरी कमी का खुलासा किया। गैस-चरण ऑक्सीजन-से-हाइड्रोजन अनुपात हमारे सूर्य में पाए जाने वाले अनुपात का केवल 0.4 प्रतिशत था। एक और विवरण: त्रि-आयनीकृत कार्बन - एक अवस्था जहां एक कार्बन परमाणु अपने छह इलेक्ट्रॉनों में से आधा खो देता है। उन इलेक्ट्रॉनों को छीनने के लिए 47.9 इलेक्ट्रॉनवोल्ट से अधिक ऊर्जा वाले अत्यधिक पराबैंगनी फोटॉन की आवश्यकता होती है। मानक तारे, यहाँ तक कि हमारे पास के विशाल तारे भी, पर्याप्त गर्म नहीं हैं। टीम का सुझाव है कि जो तारे इतने गर्म हो सकते हैं, वे ब्रह्मांड में पहली बार प्रज्वलित हुए थे - जो पूरी तरह से बिग बैंग से हाइड्रोजन और हीलियम से बने थे, जिनमें बनने पर ठंडा होने के लिए भारी तत्वों की कमी थी। "ऐसे तारे आदिम गैस से बने होने चाहिए," नाकाजिमा ने कहा।

आज के तारे, जिनमें हमारा सूर्य भी शामिल है, जनसंख्या I हैं। आकाशगंगा प्रभामंडल में पुराने तारे जनसंख्या II हैं, जिनमें भारी तत्व बहुत कम हैं। जनसंख्या III तारे पहले थे - सैद्धांतिक रूप से हिंसक राक्षस जिनका द्रव्यमान सैकड़ों सूर्यों के बराबर छोटे आयतनों में समाया हुआ था, बहुत गर्म जलते थे और सुपरनोवा में युवा मर जाते थे। नाकाजिमा की टीम को संभवतः LAP1-B में उन विस्फोटों के निशान मिले।

भारी तत्वों में अविश्वसनीय रूप से गरीब होने के बावजूद, LAP1-B में कार्बन-से-ऑक्सीजन अनुपात असामान्य रूप से उच्च है - हमारे सूर्य से भी अधिक। शोधकर्ताओं का मानना है कि इसका उत्तर इस बात में निहित है कि वे विशाल प्रथम-पीढ़ी के तारे कैसे मरे। जब एक जनसंख्या III तारा ढहता है, तो इसका कोर एक ब्लैक होल बन जाता है, लेकिन सुपरनोवा तारे को उड़ाने के लिए पर्याप्त ऊर्जावान नहीं होता है। "गुरुत्वाकर्षण की उनकी बाध्यकारी ऊर्जा सामान्य विशाल तारों की तुलना में अधिक मजबूत होती है," नाकाजिमा ने कहा। ढहने के परिणामस्वरूप एक धुंधला सुपरनोवा होता है जिसमें महत्वपूर्ण फॉलबैक होता है: ऑक्सीजन जैसे भारी तत्व घटना क्षितिज के पार चूस लिए जाते हैं, जबकि कार्बन से भरपूर हल्की बाहरी परतें बच जाती हैं। LAP1-B की रासायनिक संरचना जनसंख्या III सुपरनोवा से गैस के फिंगरप्रिंट की तरह दिखती है।

एक और सुराग: गैस की गति। डॉपलर ब्रॉडनिंग को मापकर, टीम ने पाया कि गैस लगभग 100,000 किमी/घंटा की गति से घूम रही थी - जो मिल्की वे की तुलना में धीमी है, लेकिन इतनी छोटी आकाशगंगा के लिए तेज़ है। यह गति संकेत दे सकती है कि LAP1-B डार्क मैटर के एक विशाल प्रभामंडल में बैठा है जो इसे एक साथ रखता है। यदि हां, तो यह ब्रह्मांड के शुरुआती युग में डार्क मैटर के वितरण में एक दुर्लभ झलक प्रदान करता है।

LAP1-B पुनर्आयनीकरण युग के दौरान मौजूद था, जब ब्रह्मांड का अधिकांश हाइड्रोजन गैस तटस्थ से आयनित में बदल गया था। यह आकाशगंगा उस प्रक्रिया में एक खिड़की हो सकती है। "हमने पाया कि LAP1-B पुनर्आयनीकरण युग के दौरान सक्रिय रूप से आयनित फोटॉन उत्सर्जित कर रहा था," नाकाजिमा ने कहा। यह इसे उस संक्रमण का अध्ययन करने के लिए एक आदर्श प्रयोगशाला बनाता है।

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ने एक बार फिर ब्रह्मांड के बचपन में एक खिड़की खोली है। LAP1-B जैसी आकाशगंगाओं के साथ, खगोलविद अंततः उन पहले तारों को देखना शुरू कर रहे हैं जिन्होंने सब कुछ शुरू किया। और यह सिर्फ शुरुआत है।