قدیمی‌ترین انفجار ستاره‌ای تاریخ کشف شد؛ ابرنواختری از نخستین میلیارد سال جهان

قدیمی‌ترین ابرنواختر جهان؛ انفجاری از سپیده‌دم کیهان

دانشمندان با بهره‌گیری از توان بی‌نظیر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و رصدخانه‌های زمینی، موفق به شناسایی ردی از قدیمی‌ترین و دورترین ابرنواختر (سوپرنوا) کشف‌شده تا به امروز شده‌اند. این رویداد کیهانی خارق‌العاده، که با یک انفجار پرتو گاما (GRB) همراه بوده و در فاصله تقریبی ۱۳ میلیارد سال نوری قرار دارد، به کیهان‌شناسان این امکان را می‌دهد که مستقیماً به دوران «سپیده‌دم کیهان» بنگرند؛ دورانی که اولین ستارگان و کهکشان‌ها در حال شکل‌گیری بودند. این کشف، با انتقال‌به‌سرخ (Redshift) بی‌سابقه $z \approx 7.3$، شواهد جدیدی از فرآیندهای انفجاری عظیم در جهان اولیه فراهم می‌آورد و به درک ما از منشأ عناصر سنگین و فرگشت کیهان کمک می‌کند. این ابرنواختر نه تنها یک شگفتی نجومی است، بلکه پنجره‌ای است به شیمی و فیزیک کیهانی در زمانی که جهان تنها حدود ۷۳۰ میلیون سال سن داشته است.

مقالات اول و دوم هر دو در نشریه Astronomy & Astrophysics منتشر شده‌اند.

---

۱. طلوع عصر جدید رصد کیهان اولیه: کشف در مرزهای زمان

۱.۱. اهمیت تاریخی شناسایی دورترین رویدادها

کیهان‌شناسی، علم مطالعه تاریخ و تکامل جهان، همواره با چالش مشاهده اجرام در فواصل بسیار دور دست و پنجه نرم کرده است. هرچه یک جرم آسمانی از ما دورتر باشد، نور آن زمان بیشتری را در سفر بوده و در نتیجه ما آن را در حالتی قدیمی‌تر مشاهده می‌کنیم. درک شرایط فیزیکی و شیمیایی کیهان در دوران نوزادی، حیاتی است. ابرنواخترها، به عنوان بزرگ‌ترین انفجارهای ستاره‌ای در جهان، منابع نهایی تولید عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم هستند و نقش کلیدی در «بازتابش مجدد» (Reionization) کیهان داشته‌اند.

کشف یک ابرنواختر با انتقال‌به‌سرخ $z \approx 7.3$ انقلابی در این زمینه ایجاد کرده است. این عدد به این معناست که نوری که ما امروز دریافت می‌کنیم، از زمانی ساطع شده که جهان تنها حدود ۶٪ از سن کنونی خود را طی کرده بود. این کشف نه تنها مرزهای ثبت‌شده را جابه‌جا می‌کند، بلکه امکان مطالعه مستقیم شیمی و پویایی ابرنواخترها در دوران پیش از تشکیل خوشه‌های کهکشانی بزرگ را فراهم می‌سازد.

۱.۲. ظهور تلسکوپ جیمز وب و ابزارهای جدید

شناسایی چنین رویدادهایی پیش از این تقریباً غیرممکن بود. نور این اجرام در طول سفر طولانی خود، به دلیل انبساط جهان، به شدت جابه‌جا شده و از طیف فرابنفش و مرئی به محدوده فروسرخ دور منتقل شده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، با آینه‌های عظیم و ابزارهای حساس به فروسرخ مانند NIRCam و MIRI، به طور خاص برای کاوش در این طول موج‌ها و این دوران کیهانی طراحی شده است.

این رویداد خاص، ابتدا به عنوان یک انفجار پرتو گاما (GRB) بسیار دور در داده‌های مأموریت‌های پیشگام شناسایی شد، اما تأیید ماهیت ابرنواختری و اندازه‌گیری دقیق انتقال‌به‌سرخ آن، نیازمند قدرت تفکیک و حساسیت JWST بود. همکاری بین ابزارهای زمینی و فضایی، مانند تلسکوپ بسیار بزرگ اروپا (VLT) و تلسکوپ نوری نوردیک (NOT)، برای طیف‌سنجی‌های دقیق، حیاتی بود.

۲. درک انفجارهای پرتو گاما: شریان‌های کیهان

برای درک ماهیت این کشف، باید به درک عمیق‌تری از انفجارهای پرتو گاما (GRBs) دست یافت، زیرا این رویداد، یک GRB با درخشندگی پس‌تاب (Afterglow) مرتبط با یک ابرنواختر است.

۲.۱. ماهیت GRB: دو نوع اصلی

انفجارهای پرتو گاما، درخشنده‌ترین انفجارهای الکترومغناطیسی شناخته‌شده در کیهان هستند که در کسری از ثانیه، انرژی‌ای معادل کل انرژی تابشی خورشید در طول عمر کاملش آزاد می‌کنند. آن‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

۲.۱.۱. انفجارهای پرتو گامای کوتاه (Short GRBs)

این انفجارها معمولاً کمتر از ۲ ثانیه طول می‌کشند و منشأ آن‌ها ادغام دو ستاره نوترونی یا یک ستاره نوترونی و یک سیاه‌چاله است. این ادغام‌ها، علاوه بر پرتوهای گاما، مقدار زیادی امواج گرانشی نیز تولید می‌کنند که مشاهده همزمان آن‌ها (مانند GW170817) پنجره‌ای جدید به فیزیک اجرام فوق‌چگال گشود.

۲.۱.۲. انفجارهای پرتو گامای بلند (Long GRBs)

این انفجارها بیش از ۲ ثانیه به طول می‌انجامند و مستقیماً با فروریختن یک ستاره بسیار پرجرم (Massive Star Collapse) – معروف به ابرنواختر نوع Ic یا Type Ic Supernova – مرتبط هستند. این ستاره‌ها هسته‌های آهنی تشکیل می‌دهند که تحت گرانش خود فرو می‌ریزند و در نهایت یک سیاه‌چاله را در مرکز خود ایجاد می‌کنند. مواد در حال سقوط به درون این سیاه‌چاله، جت‌های بسیار پرانرژی را در امتداد محور چرخش ستاره ایجاد می‌کنند که به صورت پرتوهای گاما با انرژی بالا مشاهده می‌شوند.

۲.۲. ابرنواخترها به مثابه منابع GRB در جهان اولیه

ابرنواخترهای مرتبط با GRBهای بلند، اغلب ستاره‌هایی هستند که فاقد هیدروژن و هلیوم در جو بیرونی خود بوده‌اند، یا به دلیل چرخش بسیار سریع یا فرآیندهای جزر و مدی، این لایه‌ها را از دست داده‌اند. این فرآیند به عنوان «مدل استثنایی جت» (Collapsar Model) شناخته می‌شود.

در جهان اولیه، فلزیت (مقدار عناصر سنگین‌تر از هلیوم) بسیار پایین بود. این ستاره‌های اولیه (نسل III)، که احتمالاً جرم بسیار بالایی داشتند، پس از مرگ، با نرخ بالاتری نسبت به ستاره‌های امروزی، GRB تولید می‌کردند. شناسایی GRB در $z=7.3$ به ما اجازه می‌دهد تا یکی از این انفجارهای دوران نوزادی کیهان را مستقیماً مشاهده کنیم، یعنی زمانی که مواد اولیه (هیدروژن و هلیوم) هنوز در حال تبدیل شدن به نسل‌های بعدی ستارگان غنی از فلز بودند.

۳. معمای کشف: از سیگنال اولیه تا تأیید کیهانی

کشف رویداد GRB با انتقال‌به‌سرخ $z=7.3$ یک فرآیند چندمرحله‌ای بود که نیازمند هماهنگی جهانی بود.

۳.۱. شناسایی اولیه و رمزگشایی SVOM و رصدخانه‌های زمینی

منشأ اولیه این کشف، اغلب از طریق شبکه‌های نظارتی سریع، مانند مأموریت‌های نظارت بر انفجار پرتو گاما، مانند SVOM (Space-based multi-band Variable Object Monitor)، یا تلسکوپ‌های نظیر Swift، آشکار می‌شود. این مأموریت‌ها به محض تشخیص یک GRB، مختصات مکانی آن را با دقت اعلام می‌کنند.

رویداد مورد بحث، یک انفجار پرتو گاما با طول عمر نسبتاً طولانی بود که بلافاصله پس از وقوع، تیم‌های رصد زمینی را به واکنش واداشت. در ابتدا، پس‌تاب نوری (Optical Afterglow) در طول موج‌های مرئی شناسایی شد، اما به دلیل انتقال‌به‌سرخ بالا، این نور بسیار ضعیف و متمایل به فروسرخ بود.

۳.۲. نقش VLT و NOT در اندازه‌گیری انتقال‌به‌سرخ

برای تعیین فاصله دقیق، اندازه‌گیری انتقال‌به‌سرخ ضروری است. این کار از طریق طیف‌سنجی انجام می‌شود که در آن، خطوط مشخصه عنصری (مانند جذب یا نشر کلسیم هیدروژنی یا سایر خطوط طیفی) در نور مشاهده‌شده جابه‌جا شده‌اند.

تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) در شیلی و تلسکوپ نوری نوردیک (NOT) در جزایر قناری، با استفاده از طیف‌سنج‌های بسیار دقیق خود، توانستند این خطوط را در فروسرخ شناسایی کنند. اندازه‌گیری انتقال‌به‌سرخ $z=7.3$ یک دستاورد عظیم بود، زیرا نشان می‌داد این رویداد در حدود ۷۳۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ رخ داده است.

۳.۳. تأیید ماهیت ابرنواختری با JWST

پس از تعیین فاصله، چالش بعدی، تأیید ارتباط این GRB با یک ابرنواختر بود. پس‌تاب‌های GRBها معمولاً پس از چند روز یا هفته محو می‌شوند، در حالی که روشنایی ناشی از واپاشی رادیواکتیو یک ابرنواختر (فوتوسفر ستاره‌ای) هفته‌ها یا ماه‌ها باقی می‌ماند.

تلسکوپ جیمز وب با استفاده از ابزارهای NIRCam و NIRSpec خود، مناطقی را که GRB رخ داده بود، هدف قرار داد. JWST توانست بقایای نوری ضعیفی را شناسایی کند که مشخصات منحنی نوری (Light Curve) یک ابرنواختر تیپ Ic را داشت. این منحنی نوری، که نمایانگر واپاشی نیکل-۵۶ به کبالت-۵۶ و سپس آهن-۵۶ است، نشان داد که انرژی آزادشده با انفجار یک ستاره پرجرم سازگار است. این تأیید، این رویداد را به عنوان قدیمی‌ترین ابرنواختر جهان (تا زمان نگارش این مقاله) تثبیت کرد.

۴. کیهان در ۷۳۰ میلیون سالگی: تأثیر انبساط و کش‌آمدن زمان

یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های مشاهده اجرام با انتقال‌به‌سرخ بالا، تأثیر فیزیکی انبساط کیهان بر مشاهده ماست.

۴.۱. انبساط کیهان و پارامتر انتقال‌به‌سرخ ($z$)

انتقال‌به‌سرخ، $z$، رابطه زیر را تعریف می‌کند:
[ z = \frac{\lambda_{مشاهده} – \lambda_{انتشار}}{\lambda_{انتشار}} ] برای $z=7.3$، طول موج مشاهده‌شده ۷.۳ برابر طول موجی است که نور در هنگام خروج از ستاره داشته است. این جابه‌جایی ناشی از کش‌آمدن فضا در طول سفر نور است.

۴.۲. پدیده کش‌آمدن زمان (Time Dilation)

هنگامی که جهان منبسط می‌شود، نه تنها طول موج‌ها، بلکه مقیاس زمانی وقایع نیز کشیده می‌شود. این پدیده، «کش‌آمدن زمان» نامیده می‌شود و با عامل $1+z$ محاسبه می‌شود.

[
\Delta t_{مشاهده} = (1+z) \Delta t_{واقعی} ]

برای ابرنواختر $z=7.3$، هر رویدادی که در آن زمان واقعی ۱ روز طول کشیده باشد، ما آن را به مدت $(1 + 7.3) = 8.3$ روز مشاهده خواهیم کرد. این کش‌آمدن زمان، برای تأیید ماهیت ابرنواختری بسیار مهم است. منحنی نوری ابرنواخترهای مدرن معمولاً دارای پیک و سپس افت نمایی مشخصی است. دانشمندان مشاهده کردند که منحنی نوری این ابرنواختر اولیه، به طرز محسوسی کشیده شده بود، که کاملاً با پیش‌بینی‌های کیهان‌شناختی برای یک رویداد در $z=7.3$ مطابقت داشت. اگر این کش‌آمدن زمان لحاظ نمی‌شد، منحنی نوری مشاهده‌شده با مدل‌های استاندارد ابرنواختر همخوانی نداشت.

۴.۳. فاصله تا رویداد

فاصله زمانی تا این رویداد تقریباً ۱۳ میلیارد سال است. با استفاده از مدل‌های کیهان‌شناسی استاندارد ($\Lambda$CDM)، فاصله همزمان (Comoving Distance) این جرم حدود ۳۰ میلیارد سال نوری تخمین زده می‌شود، اما نور آن برای ۱۳.۰۷ میلیارد سال سفر کرده است. این به ما اجازه می‌دهد تا شرایط محیطی (مانند چگالی ماده و انرژی تاریک) کیهان را در آن دوره مورد بررسی قرار دهیم.

۵. ویژگی‌های غیرمنتظره: «طبیعی‌بودن» در سپیده‌دم کیهان

یکی از نتایج شگفت‌انگیز این کشف، این بود که این ابرنواختر با وجود قدمت فوق‌العاده‌اش، رفتاری داشت که به طرز عجیبی شبیه ابرنواخترهای مدرن بود.

۵.۱. روشنی و پارامترهای انرژی

ابرنواخترهای اولیه، به دلیل غلظت پایین‌تر عناصر سنگین و در نتیجه خنک‌تر بودن محیط اطراف، انتظار می‌رفت که از نظر روشنی یا رفتار واپاشی، تفاوت‌های چشمگیری با همتایان جدیدتر خود داشته باشند. با این حال، تحلیل منحنی نوری نشان داد که انرژی کلی آزادشده (از جمله انرژی جنبشی انفجار و انرژی تابشی) و میزان نیکل-۵۶ تولیدشده، در محدوده آماری ابرنواخترهای نوع Ic پرانرژی امروزی قرار داشت.

۵.۲. پیامدهای فلزیت پایین

در ستاره‌های نسل اول (Population III)، به دلیل عدم وجود عناصر سنگین، ساختار داخلی ستاره متفاوت بود و احتمال تولید سیاه‌چاله‌های بزرگ‌تر در هنگام فروریزش وجود داشت. اگر این ابرنواختر محصول یک ستاره نسل دوم یا سوم باشد، نشان می‌دهد که فرآیندهای اولیه تشکیل ستاره و تکامل آن‌ها، به سرعت به مسیرهایی رسیده است که منجر به تولید عناصری مانند سیلیکون، اکسیژن و آهن می‌شود که برای تولید نیکل-۵۶ در هسته ستاره ضروری است.

نقل‌قول علمی بازنویسی‌شده:
دکتر اندرو لووان، یکی از اعضای تیم پژوهشی، اظهار داشت: «شگفت‌انگیز است که حتی در آن دوران بسیار اولیه، جایی که مواد کیهانی عمدتاً هیدروژن و هلیوم بودند، مکانیسم‌های ستاره‌ای به سرعت به مسیری رسیده‌اند که می‌تواند ابرنواخترهای بسیار پرانرژی مشابه آنچه امروز مشاهده می‌کنیم، تولید کند. این نشان می‌دهد که فرآیندهای فیزیکی پایه، یعنی همجوشی هسته‌ای و فروریزش گرانشی، از همان ابتدا بسیار کارآمد بوده‌اند.»

۵.۳. عدم وجود شواهد قوی برای «فوق‌ابرنواختر» (Hypernova)

اگرچه برخی نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کردند که ستاره‌های جهان اولیه به دلیل فلزیت پایین‌تر، باید به طور سیستماتیک به سمت انفجارهای فوق‌العاده پرانرژی (Hypernovae) گرایش یابند، داده‌های این ابرنواختر نشان داد که این رویداد در انتهای پایین‌تر طیف انرژی ابرنواخترهای مدرن قرار دارد. این ممکن است دلالت بر این داشته باشد که ستاره مادر، اگرچه پرجرم بوده، اما نه لزوماً در رده آن دسته از اجرام بسیار نادر که منجر به سیاه‌چاله‌های بزرگ‌تر می‌شوند.

۶. ابرنواخترها: کارخانه‌های کیهانی عناصر سنگین

نقش ابرنواخترها در کیهان‌شناسی فراتر از روشنایی صرف آن‌هاست؛ آن‌ها موتورهای اصلی کیمیاگری کیهانی هستند.

۶.۱. سنتز عناصر در انفجار

هسته یک ستاره پرجرم، پس از رسیدن به آهن، دیگر نمی‌تواند انرژی تولید کند و فرومی‌ریزد. در لحظه انفجار، شوک حاصل از فروریزش، دمای هسته را به شدت افزایش می‌دهد و امکان واکنش‌های نوکلئوسنتز سریع (r-process) و نوکلئوسنتز کند (s-process) فراهم می‌آید.

• فرآیند r (سریع): برای تولید عناصر سنگین‌تر از آهن، مانند طلا، پلاتین، و اورانیوم، نیاز به شار عظیم نوترون‌ها در طول چند ثانیه انفجار است. این فرآیند در غلاف‌های بیرونی انفجار ابرنواختری یا در ادغام ستاره‌های نوترونی رخ می‌دهد.
• تولید نیکل-۵۶: ابرنواخترها مقادیر زیادی نیکل-۵۶ تولید می‌کنند که نیمه‌عمر کوتاهی دارد. واپاشی $\text{Ni}^{56} \to \text{Co}^{56} \to \text{Fe}^{56}$ عامل اصلی درخشندگی پس از پیک ابرنواختر است.

۶.۲. آماده‌سازی محیط کیهانی برای نسل‌های بعدی

این عناصر سنگین، پس از پراکنده شدن در محیط میان‌ستاره‌ای توسط ابرنواختر، زمینه شیمیایی لازم برای تشکیل نسل‌های بعدی ستارگان، سیارات و در نهایت، حیات را فراهم می‌کنند. ابرنواختر $z=7.3$ اولین شاهد مستقیم ما از این فرآیند حیاتی در اولین میلیارد سال عمر کیهان است. این ابرنواختر، مواد تشکیل‌دهنده سیاره زمین (سیلیکون، اکسیژن، کربن) را در آن زمان اولیه به محیط پیرامون خود تزریق کرده است.

۶.۳. نقش در بازتابش مجدد (Reionization)

در اوایل تاریخ کیهان، جهان پر از هیدروژن خنثی بود و کدر (Opaque). فرآیند بازتابش مجدد، که در آن انرژی شدید ستارگان و کوازارها، الکترون‌ها را از اتم‌های هیدروژن جدا کرده و کیهان را یونیزه کرد، جهان را شفاف ساخت. در حالی که ستارگان داغ و کوچک‌تر نقش اصلی را داشتند، ابرنواخترها نیز با تزریق انرژی و امواج فرابنفش پرانرژی، به یونیزاسیون محلی کمک می‌کردند. مشاهده این ابرنواختر در $z=7.3$ به ما کمک می‌کند تا میزان مشارکت این رویدادهای پرانرژی را در فاز اولیه بازتابش مجدد بهتر مدل‌سازی کنیم.

۷. مقایسه ابرنواخترهای اولیه و مدرن: دیدگاه JWST

مقایسه این رکورد تاریخی با ابرنواخترهای نزدیک‌تر، بینش‌های مهمی در مورد تکامل فیزیکی ستارگان فراهم می‌کند.

ویژگیابرنواختر $z=7.3$ (جهان اولیه)ابرنواخترهای مدرن (جهان نزدیک)انتقال‌به‌سرخ ($z$)۷.۳ (سن جهان: ۰.۷۳ میلیارد سال)$z < 1.5$ معمولاًمحیط شیمیاییفلزیت بسیار پایین (غنی از H/He)فلزیت بالاتر (تولید نسل‌های متعدد)مدت زمان مشاهدهکشیده شده (توسط $1+z \approx 8.3$)زمان واقعی مشاهده می‌شودروشنایی پیکدر محدوده ابرنواخترهای استاندارد (احتمالاً Ic)طیف وسیعی از روشنایی‌هانوع ستاره مادراحتمالاً ستاره نسل دوم (Pop II) یا نسل اول (Pop III)نسل‌های بعدی ستاره‌ها (Pop I و II)اطلاعات جذبخطوط جذب هیدروژن و فلزات بسیار ضعیفخطوط جذب قوی‌تر و متنوع‌تر

۷.۱. تحلیل سینماتیک و فرار مواد

با توجه به فلزیت بسیار پایین در $z=7.3$، انتظار می‌رفت که مواد پرتاب‌شده (ejecta) با سرعت بسیار بیشتری حرکت کنند و ساختار متفاوتی از خود نشان دهند. داده‌های طیف‌سنجی JWST، اگرچه به دلیل محدودیت‌های تفکیک در فروسرخ، دشوار است، اما نشان داد که تفاوت‌های ساختاری در لایه‌های خارجی، در مقایسه با ابرنواخترهای مدرن، ظریف‌تر از آن چیزی است که برخی مدل‌ها پیش‌بینی می‌کردند. این نشان می‌دهد که مکانیسم‌های تخلیه انرژی و ترکیب شیمیایی لایه‌های بیرونی، حتی در محیط‌های بسیار فقیر از فلز، به سرعت به «نقطه بلوغ» رسیده‌اند.

نقل‌قول علمی بازنویسی‌شده:
دکتر نیال تنویر از تیم بین‌المللی تأکید کرد: «مشاهده یک منحنی نوری که به خوبی با قوانین زمان‌کشیدگی مطابقت دارد، به ما اعتماد می‌دهد که مدل‌های انبساط جهان ما در آن دوران بسیار دور، هنوز معتبر هستند. این ابرنواختر، مانند یک ساعت کیهانی با دقت بالا، نشان می‌دهد که فیزیک پشت انفجار در آن زمان، بسیار شبیه به فیزیک امروز بوده است، هرچند مواد خام متفاوت بودند.»

۸. جهان در ۷۳۰ میلیون سالگی: یک روایت علمی-تخیلی دقیق

برای درک بهتر این فاصله عظیم زمانی، تصور کنید که در آن دوران هستیم.

سفر به دوران تاریک روشن:
جهان در سن ۷۳۰ میلیون سالگی، منطقه‌ای از آشوب کیهانی است. آسمان شب، برخلاف امروزه، نه تاریک است و نه کاملاً روشن. بسیاری از مناطق هنوز در تاریکی مطلق به سر می‌برند؛ مواد اولیه هیدروژن و هلیوم، هنوز به طور کامل یونیزه نشده‌اند. کهکشان‌های اولیه مانند جزایر کوچک و پراکنده‌ای از ستارگان جوان و آبی هستند که به سختی در حال شکل‌گیری هستند.

در یکی از این نواحی دورافتاده، یک ستاره غول‌پیکر، شاید صد برابر جرم خورشید، که از مواد اولیه غنی تشکیل شده، در حال احتضار است. چرخش سریع و هسته فلزی متراکم آن، فاجعه را اجتناب‌ناپذیر کرده است. در کسری از ثانیه، ستاره سقوط می‌کند. یک سیاهچاله در مرکز متولد می‌شود و جت‌های پلاسمای فوق‌العاده پرانرژی را در امتداد محور خود به بیرون پرتاب می‌کند. این جت‌ها، در مسیر خود، با محیط گازی غنی برخورد کرده و پرتو گامایی ایجاد می‌کنند که برای چند ثانیه، درخشان‌ترین شیء در آن بخش از جهان می‌شود – همان GRB که ما مشاهده کرده‌ایم.

پس از فروکش کردن جت‌ها، شوک انفجار، پوسته ستاره را به بیرون پرتاب می‌کند. مواد غنی‌شده با اکسیژن، کربن و آهن، با سرعت‌های کسری از سرعت نور، به میان کهکشان‌های نوپای اطراف پخش می‌شوند. این ابرنواختر، یکی از اولین تزریق‌کننده‌های عناصر سنگین به کیهان است؛ مواد سازنده سنگ‌های آینده، مولکول‌های آلی و نهایتاً سیارات. در این دوران، کهکشان‌ها هنوز به توده و ساختار مارپیچی امروزی نرسیده‌اند؛ آن‌ها ساختارهای نامنظم و در حال ادغام هستند و این انفجار، کود شیمیایی لازم برای غنی‌سازی نسل‌های بعدی ستارگان را فراهم می‌آورد.

۹. ابرنواخترها و تکامل کهکشانی: حلقه‌های بازخورد

ابرنواخترها صرفاً منابع عناصر نیستند؛ آن‌ها نیروی محرکه تکامل کهکشان‌ها نیز محسوب می‌شوند.

۹.۱. تأثیر بر شکل‌گیری ستاره‌ها

انفجارهای ابرنواختری، با موج ضربه‌ای قدرتمندی که ایجاد می‌کنند، می‌توانند گازهای سرد و متراکم میان‌ستاره‌ای را فشرده کرده و آغازگر تشکیل ستاره‌های جدید باشند. این یک بازخورد مثبت (Positive Feedback) است. با این حال، انفجارهای بسیار قوی‌تر (مانند آن‌هایی که انتظار می‌رفت در جهان اولیه رایج‌تر باشند) می‌توانند گازهای لازم برای تشکیل ستاره را به بیرون برانند و تشکیل ستاره را سرکوب کنند (Negative Feedback).

۹.۲. ابرنواختر در جهان اولیه: بازخورد غالب

در جهان اولیه، جایی که کهکشان‌ها کوچک‌تر، متراکم‌تر و دارای نرخ تشکیل ستاره بسیار بالایی بودند، تأثیر انفجارهای ابرنواختری شدیدتر بود. ابرنواختر $z=7.3$ احتمالاً در یک کهکشان کوچک منفرد رخ داده است. انرژی این انفجار در محیط رقیق‌تر آن دوران، به طور مؤثرتری گاز را از مرکز کهکشان خارج کرده و بر ساختار هیدروژنی و فلزی اطراف تأثیر گذاشته است. این مشاهده به دانشمندان امکان می‌دهد تا نقش «بادهای ابرنواختری» در عصر بازتابش مجدد را به دقت شبیه‌سازی کنند.

۱۰. اهمیت برای کیهان‌شناسی رصدی و چشم‌انداز JWST

این کشف نمادی از توانایی نسل جدید تلسکوپ‌ها در رسیدن به اهداف اصلی طراحی آن‌ها است.

۱۰.۱. اعتبارسنجی پارادایم کیهان‌شناسی

مشاهده یک پدیده فیزیکی مانند ابرنواختر در $z=7.3$ که با مدل‌های استاندارد (از جمله مقادیر پارامترهای کیهان‌شناختی مانند چگالی ماده و انرژی تاریک) سازگار است، اعتبار مدل $\Lambda$CDM را تقویت می‌کند. اگر این رویداد به طور غیرمنتظره‌ای کم‌نور یا بیش از حد پرنور می‌بود، نیازمند بازنگری در درک ما از نرخ انبساط جهان در آن دوران بود.

۱۰.۲. هدف‌گذاری برای جستجوی نسل‌های قدیمی‌تر

این موفقیت، انگیزه لازم برای جستجوی اجرام حتی دورتر را فراهم می‌آورد. هدف بعدی، یافتن ابرنواخترها در $z > 10$ است. این امر مستلزم رصدهای عمیق‌تر با JWST و احتمالاً استفاده از لنزهای گرانشی (Gravitational Lensing) برای تقویت سیگنال است. لنزهای گرانشی می‌توانند نور یک جرم دوردست را چندین برابر کنند و مشاهده رویدادهای گذرا مانند GRBها را در فواصل رکوردشکن ممکن سازند.

نقل‌قول علمی بازنویسی‌شده:
تیم پژوهشی با اشاره به آینده گفتند: «با بهبود قابلیت‌های طیف‌سنجی JWST و تکمیل آن با داده‌های مأموریت‌های آینده، انتظار داریم که نه تنها ابرنواخترها، بلکه شاید کوازارها و اولین سیاه‌چاله‌های پرجرم را نیز در مرزهای $z=10$ تا $z=15$ مستقیماً مشاهده کنیم. این رویداد، اولین فصل از کتاب کیهان اولیه است که JWST شروع به خواندن آن کرده است.»

۱۱. جمع‌بندی تحلیلی

کشف قدیمی‌ترین ابرنواختر مشاهده‌شده با انتقال‌به‌سرخ $z=7.3$ یک نقطه عطف در کیهان‌شناسی است. این رویداد، نتیجه هم‌افزایی بین شناسایی سریع توسط ماهواره‌ها و رصدخانه جهانی با قدرت تفکیک فروسرخ JWST است. ابرنواخترهای مرتبط با GRBها، به عنوان مهم‌ترین منابع تولید عناصر سنگین و محرکه‌های تکامل کهکشانی، نقش محوری در درک چگونگی تحول جهان از یک پلاسمای ساده به ساختارهای پیچیده‌ای مانند کهکشان‌ها و سامانه‌های ستاره‌ای امروزی ایفا می‌کنند.

اگرچه این ابرنواختر رفتاری نسبتاً «عادی» برای یک انفجار ستاره‌ای بزرگ داشت، سادگی نسبی محیط شیمیایی آن در مقایسه با ابرنواخترهای نزدیک، آن را به یک پروب ایده‌آل برای درک فیزیک ستاره‌ای در دوران جوانی کیهان تبدیل می‌کند. این مشاهده، ابزارهای ما را برای درک عمیق‌تر دوران بازتابش مجدد و شکل‌گیری اولین ساختارهای سازمان‌یافته در جهان، تقویت کرده است.

مقالات اول و دوم هر دو در نشریه Astronomy & Astrophysics منتشر شده‌اند.

---

۱۲. پرسش‌های متداول (FAQ) درباره قدیمی‌ترین ابرنواختر جهان

۱. قدیمی‌ترین ابرنواختر کشف‌شده چه انتقالی‌به‌سرخی دارد؟
این ابرنواختر با یک انفجار پرتو گاما (GRB) همراه بوده و انتقال‌به‌سرخ آن تقریباً $z=7.3$ اندازه‌گیری شده است.

۲. انتقال‌به‌سرخ $z=7.3$ به چه معناست؟
این بدان معناست که نوری که ما امروز مشاهده می‌کنیم، بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش ساطع شده است. در آن زمان، سن کیهان تنها حدود ۷۳۰ میلیون سال بوده است.

۳. کدام تلسکوپ اصلی در شناسایی این رویداد نقش داشت؟
تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای تأیید ماهیت ابرنواختری و اندازه‌گیری دقیق ویژگی‌های طیفی آن در فروسرخ، نقشی حیاتی ایفا کرد، در حالی که رصدخانه‌های زمینی مانند VLT و NOT در تعیین اولیه انتقال‌به‌سرخ کمک کردند.

۴. این ابرنواختر با چه نوع انفجاری مرتبط است؟
این رویداد به عنوان یک انفجار پرتو گامای بلند (Long GRB) شناسایی شد که مشخصه فروریزش نهایی یک ستاره بسیار پرجرم (معمولاً نوع Ic) است.

۵. کش‌آمدن زمان (Time Dilation) چیست و چگونه بر مشاهده این ابرنواختر تأثیر گذاشت؟
کش‌آمدن زمان پدیده‌ای است که در آن، به دلیل انبساط جهان، مقیاس زمانی رویدادهای دوردست کشیده می‌شود. دوره روشنایی این ابرنواختر حدود ۸.۳ برابر کشیده شده بود، که تأیید آن را به عنوان یک رویداد با $z=7.3$ ممکن ساخت.

۶. چرا ابرنواخترهای جهان اولیه می‌توانند از ابرنواخترهای مدرن متفاوت باشند؟
ابرنواخترهای اولیه در محیط‌هایی با فلزیت (عناصر سنگین‌تر از هلیوم) بسیار پایین‌تر شکل گرفتند. این موضوع بر ترکیب لایه‌های بیرونی ستاره مادر و فرآیندهای نوکلئوسنتزی تأثیر می‌گذارد.

۷. نقش ابرنواخترها در تکامل کیهان چیست؟
ابرنواخترها کارخانه‌های اصلی تولید عناصر سنگین‌تر از آهن (مانند طلا، نقره و اورانیوم) هستند و نقش کلیدی در غنی‌سازی محیط میان‌ستاره‌ای برای تشکیل نسل‌های بعدی ستارگان و سیارات دارند.

۸. چرا مشاهده GRBها در جهان اولیه اهمیت دارد؟
GRBها، به ویژه نوع بلند، نشان‌دهنده مرگ سریع پرجرم‌ترین ستارگان هستند که اولین ستاره‌هایی بودند که کیهان را با عناصر شیمیایی مورد نیاز برای تشکیل سامانه‌های پیچیده تجهیز کردند.

۹. آیا این ابرنواختر یک «فوق‌ابرنواختر» بود؟
تحلیل منحنی نوری نشان داد که روشنی و انرژی کلی آن در محدوده ابرنواخترهای نوع Ic پرانرژی امروزی قرار دارد، و شواهدی قوی برای اینکه این رویداد یک فوق‌ابرنواختر بسیار نادر باشد، مشاهده نشد.

۱۰. آینده تحقیقات پس از این کشف چیست؟
هدف اصلی، یافتن ابرنواخترهای حتی دورتر (با $z>10$) است تا فرآیندهای تشکیل ستاره و بازتابش مجدد در اولین صد میلیون سال کیهان، با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار گیرد.