همسات النجوم الأولى: كيف تسمع الخوارزميات البايزية الكون الوليد ✦
قدم علماء الفلك منهجًا جديدًا لاكتشاف النجوم الأولى الخالية من المعادن (الجيل الثالث) باستخدام بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). فيما سبق، كانت التشويشات الناجمة عن النجوم اللاحقة الغنية بالمعادن في نفس المجرات تحول دون ذلك. يعتمد الأسلوب على نمذجة مفصلة ومقارنة الصور على مستوى البكسل، مما يزيد بشكل كبير من فرصة العثور على تجمعات نجمية شابة وضخمة على أطراف مجرات شبه خامدة – تصل النسبة إلى 90%. من المثير للاهتمام أن التجمعات القديمة أو المركزية للنجوم الأولى غير مرئية تقريبًا. يشبه ذلك البحث عن اليراعات: إذ يسهل رؤيتها في الأطراف المظلمة مقارنة بالمركز المضيء للمدينة.
بعد الانفجار العظيم مباشرة، كان الكون صحراء كيميائية — فقط هيدروجين وهيليوم، ولا أثر لـ المعادن. ولكن بعد لحظات (بالمقاييس الكونية)، بدأ ولادة النجوم الأولى — الجمهرة الثالثة. أصبحت هذه العمالقة بوتقات حيث اشتعل التخليق النووي لأول مرة: في أعماقها الملتهبة، انصهر الكربون والأكسجين والحديد — جميع العناصر التي تشكلت منها لاحقًا الكواكب ونحن. عاشت هذه النجوم حياة مبهرة وماتت شابة، لتضيء الكون لبضع مئات الملايين من السنين فقط. التقاط ضوئها اليوم يشبه محاولة سماع همس شخص يقف على سطح ناطحة سحاب مجاورة وسط مدينة صاخبة: الإشارة موجودة، لكن ضجيج المدينة-المجرة يخفيها.
لفترة طويلة، حاول علماء الفلك التقاط هذا الهمس بجمع ضوء مجرات بأكملها — لكن الصوت ضاع في الجوقة. الطريقة الجديدة، التي تطورت على أساس المحاكاة العددية و التعلم الآلي، تعمل بدقة أكبر. تخيل أنك توزع آلاف الميكروفونات فائقة الحساسية في أنحاء قاعة الحفلة. كل بكسل من صورة تلسكوب جيمس ويب هو ميكروفون من هذا القبيل؛ الخوارزمية البايزية، المدربة على ملايين الصور الاصطناعية، تستمع إليه وفي جزء من الثانية تصدر حكمًا: ما احتمال أن يكون هذا الكم من الضوء قد انبعث من نجم خالٍ تمامًا من المعادن، وليس من مجرة عادية. الرؤية الرئيسية: عنقود نجمي حديث من النجوم الأولية على أطراف مجرة ضخمة يكاد يكون غير مرئي في التدفق الكلي، لكنه يظهر عند إجراء القياس الضوئي لكل بكسل، مثل وجه في صورة ضبابية إذا عرفت أين تنظر. في الظروف المثالية — كتلة تزيد عن مليون كتلة شمسية، وعمر يصل إلى بضعة ملايين من السنين، وعلى بعد نصفَي قطر فعّالين من المركز — تعطي الخوارزمية كشفًا مؤكدًا في 9 من أصل 10 حالات.
هذه الطريقة تقلب استراتيجية البحث رأسًا على عقب. لم نعد بحاجة إلى تجميع أطياف الأجسام الخافتة بشق الأنفس؛ يكفي تمشيط الحقول العميقة التي حصل عليها ويب بالفعل بحثًا عن تكتلات زرقاء على أطراف المجرات عند انزياحات حمراء أكبر من خمسة. هذا يفتح الطريق أمام أول تعداد للجمهرة الثالثة وسيمكننا من إعادة بناء تاريخ التخليق النووي — العملية التي كشف عن فيزيائها في منتصف القرن العشرين كل من هانز بيته وفريد هويل ومارغريت بربيدج. علاوة على ذلك، فإن فهم طبيعة النجوم الأولى يلقي الضوء على ولادة الثقوب السوداء فائقة الكتلة: العديد منها قد يكون نشأ من انهيارات العمالقة الأولية. في السنوات القليلة القادمة، سيتم تكييف المسار ليشمل بيانات جهاز MIRI للوصول إلى مسافات أبعد، ثم ستُستخدم التلسكوبات الأرضية بطول 30 مترًا لإجراء تحليل طيفي عالي الدقة للتأكيد.
🎯 يمكن للنجوم الأولى أن تفوق الشمس كتلةً بمئات المرات، وتنهي حياتها كمستعر أعظم فائق — انفجار يحجب مجرة بأكملها. ولكن، رغم سطوعها الثاقب في الأشعة فوق البنفسجية، لم يُعثر على أي ممثل مؤكد لها حتى الآن.