वेब के डेटा से प्रारंभिक ब्रह्मांड में डार्क स्टार होने की संभावना बढ़ी

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के अवलोकनों का अध्ययन कर रहे खगोलविदों ने ऐसी तीन वस्तुओं की पहचान की है, जिनका प्रकाश सामान्य प्रारंभिक आकाशगंगाओं के बजाय डार्क स्टार से आ सकता है, स्काई ऐट नाइट मैगज़ीन के अनुसार। उपलब्ध स्पेक्ट्रा अभी इतने स्पष्ट नहीं हैं कि इन दोनों संभावनाओं में से किसी एक का फैसला किया जा सके।

ये वस्तुएँ प्रारंभिक-ब्रह्मांड के 700 संभावित स्रोतों के एक समूह का हिस्सा हैं, जिनकी पहचान वेब के 2022 के डेटा में हुई थी। इनमें से केवल नौ स्रोतों के स्पेक्ट्रा इतने सटीक हैं कि उनकी विस्तृत पहचान की जा सके। इनमें से एक को प्रारंभिक आकाशगंगा के रूप में पुष्ट किया गया है, क्योंकि उसके प्रकाश में कई तत्वों के संकेत मिलते हैं। तीन अन्य अब भी संभावित डार्क स्टार या आकाशगंगाएँ हैं, जबकि बाकी वस्तुओं के बारे में उपलब्ध साक्ष्य उनकी प्रकृति तय करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं।

यह अंतर इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि डार्क स्टार इस बात की अलग तस्वीर पेश करेंगे कि पहली विशाल संरचनाएँ कैसे बनीं। वे यह समझाने का एक रास्ता भी दे सकते हैं कि ब्रह्मांडीय इतिहास में इतनी जल्दी अत्यंत विशाल ब्लैक होल क्यों दिखाई देते हैं।

एक अलग तरह का पहला तारा

डार्क स्टार प्रारंभिक तारों के लिए सैद्धांतिक उम्मीदवार हैं, जो बिग बैंग के लगभग 200 मिलियन वर्ष बाद उभरे होंगे। सामान्य प्रारंभिक तारों की तरह, इनकी शुरुआत भी बिग बैंग में बने हाइड्रोजन और हीलियम से होगी। हालांकि, इनका ऊर्जा स्रोत शुरुआत में नाभिकीय संलयन नहीं होगा।

माना जाता है कि ये तारे युवा प्रोटो-आकाशगंगाओं के केंद्रों में बनेंगे—ऐसे क्षेत्रों में, जहाँ डार्क मैटर की मात्रा विशेष रूप से अधिक होगी। जैसे-जैसे हाइड्रोजन गैस सिकुड़ने लगेगी, डार्क मैटर के कण एक-दूसरे को विनष्ट कर सकते हैं। इससे पैदा होने वाले फोटॉन और अन्य कण गैस में फँस जाएंगे और डार्क मैटर की ऊर्जा को बन रही वस्तु तक पहुँचाएंगे।

यह ऊर्जा सिकुड़न को रोक सकती है और तारानुमा पिंड बना सकती है। ‘डार्क स्टार’ नाम उसके ऊर्जा स्रोत को दर्शाता है, उसके रूप को नहीं: ये वस्तुएँ असाधारण रूप से चमकीली हो सकती हैं। इनके आंतरिक हिस्से अपेक्षाकृत ठंडे होंगे और उनका तापमान सूर्य की सतह के तापमान के समान होगा, लेकिन इनका विशाल आकार इन्हें अत्यंत तीव्रता से चमकने में सक्षम बनाएगा।

अधिक गर्म सतह से पैदा होने वाले उच्च-ऊर्जा विकिरण के अभाव में, वस्तु पदार्थ एकत्र करना जारी रख सकती है। सैद्धांतिक डार्क स्टार अंततः सूर्य के द्रव्यमान से लगभग दस लाख गुना अधिक द्रव्यमान तक पहुँच सकते हैं और सूर्य की चमक से लगभग एक अरब गुना अधिक चमक सकते हैं। इस स्तर पर, एक अकेला डार्क स्टार कई पारंपरिक तारों से बनी युवा आकाशगंगा जितना चमकीला दिखाई दे सकता है।

इनका जीवनकाल डार्क मैटर की उपलब्धता पर निर्भर होगा। ईंधन की आपूर्ति होने पर कोई डार्क स्टार लाखों या यहाँ तक कि अरबों वर्षों तक सक्रिय रह सकता है। यदि वह डार्क मैटर से भरपूर घने वातावरण से बाहर निकल जाए, तो उसका ऊर्जा स्रोत कमजोर पड़ जाएगा और तारा सिकुड़ने तथा गर्म होने लगेगा।

वेब की चुनौती: तारा या आकाशगंगा?

शोधकर्ता इस विचार की जाँच तारकीय और आकाशगंगाई प्रकाश के बीच के अंतर का उपयोग करके कर रहे हैं। एक युवा आकाशगंगा में कई तारे होने चाहिए और इसलिए उसके स्पेक्ट्रम में विभिन्न रासायनिक तत्वों की एक श्रृंखला के प्रमाण दिखने चाहिए। इसके विपरीत, डार्क स्टार केवल हाइड्रोजन और हीलियम से बना होना चाहिए।

वर्तमान में उपलब्ध रिज़ॉल्यूशन पर दोनों में से कोई भी स्रोत प्रकाश के एकल बिंदु के रूप में दिखाई दे सकता है। सिद्धांत रूप में, कोई आकाशगंगा अपने दिखाई देने वाले आकार या आकृति के ज़रिए अधिक जानकारी दे सकती है, लेकिन इसमें शामिल अत्यधिक दूरियों के कारण यह कठिन है। इसलिए स्पेक्ट्रोस्कोपी अधिक महत्वपूर्ण परीक्षण उपलब्ध कराती है, और मौजूदा माप वेब के तीन लक्ष्यों के लिए अभी पर्याप्त मजबूत नहीं हैं।

स्काई ऐट नाइट मैगज़ीन ने इस जाँच पर कैथरीन फ्रीज़ से बात की, जो वाइनबर्ग इंस्टीट्यूट फॉर थ्योरेटिकल फिज़िक्स की निदेशक और यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्सस, ऑस्टिन में भौतिकी की चेयर हैं। फ्रीज़ सैद्धांतिक ब्रह्मांड विज्ञान और कण-खगोल भौतिकी में विशेषज्ञ हैं और उन्होंने डार्क स्टार की व्याख्या पर काम किया है।

विशाल ब्लैक होल के संभावित बीज

डार्क स्टार तारों की पहली पीढ़ी को युवा ब्रह्मांड में देखे गए विशाल ब्लैक होल से भी जोड़ सकते हैं। जब डार्क मैटर से भरपूर वातावरण किसी बहुत बड़े डार्क स्टार को सहारा देना बंद कर देता है, तो उसके द्रव्यमान के आधार पर उसका पतन अलग-अलग तरीके से समाप्त हो सकता है। कोई छोटा पिंड गर्म, संलयन-संचालित केंद्र विकसित कर सकता है। लगभग दस लाख सौर द्रव्यमान वाले डार्क स्टार के बजाय सीधे ब्लैक होल में बदल जाने की संभावना हो सकती है।

खगोलविदों ने ब्रह्मांडीय इतिहास के अप्रत्याशित रूप से शुरुआती चरण में ऐसे ब्लैक होल पाए हैं, जिनका द्रव्यमान लगभग एक अरब सूर्यों के बराबर है। यदि अनेक डार्क स्टार लगभग दस लाख सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के बीज पैदा करते, तो वे बीज आपस में विलय कर सकते थे और बाद के अवलोकनों में दिखाई देने वाले अतिविशाल ब्लैक होल बना सकते थे।

डार्क स्टार की व्याख्या की जाँच का अगला अवसर गुरुत्वीय लेंसिंग से बड़ी दिखाई देने वाली वस्तुओं से मिल सकता है। जब पृथ्वी और किसी दूरस्थ स्रोत के बीच कोई विशाल पिंड स्थित होता है, तो उसका गुरुत्व स्रोत के प्रकाश को मोड़ सकता है और उसे बड़ा दिखा सकता है। इस तरह प्राकृतिक रूप से प्रवर्धित प्रारंभिक-ब्रह्मांड की वस्तुओं के बेहतर अवलोकन अधिक स्पष्ट स्पेक्ट्रा उपलब्ध करा सकते हैं और यह तय करना आसान बना सकते हैं कि ये उम्मीदवार असामान्य तारे हैं या युवा आकाशगंगाएँ।