JWST ने पुरानी आकाशगंगाओं में छोटे तारों में छिपे चार गुना अधिक द्रव्यमान की खोज की

जेम्स वेब का स्पेक्ट्रोग्राफ अलग-अलग तारकीय आबादी को उसी तरह पढ़ता है जैसे प्रिज्म एक ज्वाला को पढ़ता है। इसे किसी दूर की आकाशगंगा पर लक्षित करें, पर्याप्त फोटॉन इकट्ठा करें, और परिणामी स्पेक्ट्रम न केवल यह बताता है कि किस प्रकार के तारे मौजूद हैं, बल्कि किस अनुपात में हैं। यह माप सैद्धांतिक रूप से हमेशा संभव था; लेकिन इतनी दूरियों पर — जब प्रकाश ने ब्रह्मांड की आयु 1.5 अरब वर्ष से कम होने पर यात्रा शुरू की थी — किसी भी दूरबीन ने इसे विश्वसनीय रूप से कभी नहीं किया था। जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) ने इसे बदल दिया।

नेचर एस्ट्रोनॉमी में प्रकाशित परिणाम यह है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड की नौ विशाल आकाशगंगाएँ अपने विशाल समकक्षों की चकाचौंध रोशनी के पीछे छोटे, मंद, कम द्रव्यमान वाले तारों की एक बड़ी आबादी छिपाए हुए हैं। ये छिपे हुए तारे द्रव्यमान बढ़ाते हैं। कम से कम एक आकाशगंगा के लिए, जो बिग बैंग के 1.5 अरब वर्ष से भी कम समय में बनी थी, वास्तविक द्रव्यमान किसी भी पिछले अनुमान से चार गुना अधिक हो सकता है।

यह संख्या मायने रखती है क्योंकि आधुनिक आकाशगंगा-निर्माण मॉडल पहले से ही इन वस्तुओं को समझाने में संघर्ष कर रहे थे। अब उन्हें इन्हें चार गुना द्रव्यमान पर समझाना होगा।

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कैसे स्पेक्ट्रोग्राफ ने वह पढ़ा जो पिछली दूरबीनें नहीं पढ़ सकीं

तारे द्रव्यमानों की एक विस्तृत श्रृंखला में आते हैं — चमकीले और अल्पजीवी दानवों से लेकर छोटे, मंद, लंबे समय तक जीवित रहने वाले बौनों तक। किसी भी आकाशगंगा में, बड़े तारों का छोटे तारों से अनुपात — जिसे प्रारंभिक द्रव्यमान फलन (initial mass function) कहा जाता है — यह नियंत्रित करता है कि कितना द्रव्यमान उन मंद तारों में बंद है जो ब्रह्मांडीय दूरियों पर पहचानने के लिए बहुत धुंधले हैं।

अब तक, प्रारंभिक ब्रह्मांड पर काम करने वाले खगोलविदों को यह मानना पड़ता था कि प्रारंभिक द्रव्यमान फलन मोटे तौर पर आज के मिल्की वे में देखे गए फलन जैसा दिखता है: एक अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड मिश्रण। यह धारणा अनुचित नहीं थी। यह केवल परीक्षण योग्य नहीं थी।

JWST का NIRSpec उपकरण — इसका निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोग्राफ — एक पूरी आकाशगंगा के संयुक्त प्रकाश को कैप्चर करता है और इसे ऐसी सटीकता से विभाजित करता है जो पिछली किसी भी वेधशाला इन दूरियों पर मेल नहीं खा सकती थी। तकनीक में कम द्रव्यमान वाले तारों की विशेषता वाली वर्णक्रमीय अवशोषण विशेषताओं में सूक्ष्म अंतरों की पहचान करना शामिल है, जो सामान्यतः उनके अधिक चमकीले साथियों की चमक में डूब जाते हैं। टीम ने JWST स्पेक्ट्रा को वेरी लार्ज टेलीस्कोप के अतिरिक्त डेटा के साथ जोड़कर अपने मॉडलों को सीमित किया।

“हाल तक इस तरह के माप संभव नहीं थे,” अध्ययन की सह-लेखिका मार्ट्जे स्लोब (Martje Slob) ने कहा। “हमें न केवल पर्याप्त प्रकाश इकट्ठा करने में सक्षम दूरबीन की आवश्यकता थी, बल्कि असाधारण उच्च गुणवत्ता वाले स्पेक्ट्रा और नई विश्लेषण तकनीकों की भी आवश्यकता थी। तभी हम छोटे तारों की सूक्ष्म विशेषताओं को बहुत चमकीले तारों के प्रकाश से विश्वसनीय रूप से अलग कर सके।”

अध्ययन ने इस दृष्टिकोण का उपयोग करके नौ शांत विशाल आकाशगंगाओं — जिन्होंने अपना मुख्य तारा-निर्माण चरण पहले ही पूरा कर लिया था — की जांच की। हर मामले में, प्रारंभिक द्रव्यमान फलन मिल्की वे के मानक से अधिक तीव्र था। अधिक छोटे तारे। बहुत अधिक द्रव्यमान।

असंभव आकाशगंगा समस्या और भी कठिन हो गई

आकाशगंगा-निर्माण मॉडल की भविष्यवाणियों और दूरबीनों द्वारा प्रारंभिक ब्रह्मांड में देखी गई चीज़ों के बीच तनाव आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान में सबसे चर्चित पहेलियों में से एक है। ब्रह्मांडीय संरचना निर्माण के मानक मॉडल के अनुसार, पहले अरब वर्षों में उतनी बड़ी और गुरुत्वाकर्षण रूप से स्थिर आकाशगंगाएँ नहीं बननी चाहिए थीं जितनी JWST 2022 से खोज रहा है।

वे आकाशगंगाएँ पहले से ही समझाने में कठिन थीं। यह अध्ययन उन्हें और भी कठिन बना देता है।

लीडेन विश्वविद्यालय की मुख्य लेखिका क्लो चेंग (Chloe Cheng) ने एक सादृश्य दिया: “अगर कोई आकाशगंगा एक शहर होती, तो सबसे चमकीले तारे वे गगनचुंबी इमारतें होते जिन्हें आप दूर से तुरंत देख सकते हैं। हमारे मॉडल दिखाते हैं कि सबसे चमकीले तारों के पीछे छोटे तारों की एक बहुत बड़ी आबादी है, जैसे गगनचुंबी इमारतों के बीच घर। इसका मतलब है कि पूरी आकाशगंगा पिछले अनुमानों से कहीं अधिक विशाल है।”

प्रारंभिक विशाल आकाशगंगाओं के पिछले द्रव्यमान अनुमान फोटोमेट्री — कुल चमक — पर निर्भर थे, जो तारकीय आबादी के बारे में धारणाओं के अनुसार कैलिब्रेटेड थे। स्पेक्ट्रोस्कोपी एक अधिक प्रत्यक्ष पढ़ाई है, हालाँकि इसके लिए कहीं अधिक दूरबीन समय और संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है। नए अनुमान बताते हैं कि फोटोमेट्रिक दृष्टिकोण लगातार कम आंक रहा था, कुछ मामलों में चार गुना तक।

छिपे हुए तारे ब्रह्मांड विज्ञान से परे क्या बदल सकते हैं

अध्ययन की वरिष्ठ लेखिका और लीडेन विश्वविद्यालय की प्रोफेसर मारिस्का क्रीक (Mariska Kriek) ने एक ऐसे निहितार्थ की ओर इशारा किया जो आकाशगंगा द्रव्यमानों से परे है: “छोटे तारों के चारों ओर अक्सर ग्रह परिक्रमा करते हैं, इसलिए यदि प्रारंभिक ब्रह्मांड में हमारे विचार से कहीं अधिक छोटे तारे थे, तो वहाँ अधिक ग्रह भी हो सकते थे।”

कम द्रव्यमान वाले तारे — लाल बौने और K-प्रकार के तारे — वर्तमान ब्रह्मांड में चट्टानी ग्रहों के सबसे आम मेजबान हैं। यदि सबसे प्रारंभिक विशाल आकाशगंगाओं में पहले की कल्पना से कहीं अधिक अनुपात में ये तारे थे, तो प्रारंभिक ब्रह्मांड मानक मॉडल की अनुमति से अधिक ग्रह-आबादी वाला रहा होगा। इस निहितार्थ की सीमा इस बात पर निर्भर करेगी कि प्रारंभिक-ब्रह्मांड आकाशगंगा आबादी में यह तारकीय पूर्वाग्रह कितना व्यापक है।

अध्ययन क्या तय नहीं करता

नमूना नौ आकाशगंगाओं का है। यह संख्या अवलोकन समय और वर्तमान दूरबीन क्षमता का एक कार्य है, कोई पूर्ण जनगणना नहीं। अध्ययन दर्शाता है कि दृष्टिकोण काम करता है और प्रदर्शित करता है कि प्रभाव वास्तविक है — इन प्रारंभिक प्रणालियों में प्रारंभिक द्रव्यमान फलन निचले-भारी (bottom-heavy) है। क्या यह सैकड़ों या हजारों प्रारंभिक विशाल आकाशगंगाओं में लागू होता है, और कितने द्रव्यमान से, यह मापा जाना बाकी है।

अध्ययन तंत्र को भी संबोधित नहीं करता। सबसे प्रारंभिक विशाल आकाशगंगाओं ने वर्तमान-दिन की आकाशगंगाओं की तुलना में आनुपातिक रूप से अधिक कम द्रव्यमान वाले तारे क्यों बनाए, यह एक खुला प्रश्न है। यह प्रारंभिक ब्रह्मांड में विभिन्न गैस धात्विकता, तापमान या अशांति से संबंधित हो सकता है — इनमें से प्रत्येक संभावना के आकाशगंगा-निर्माण मॉडलों के लिए अलग-अलग निहितार्थ होंगे। वर्णक्रमीय माप ‘क्या’ को सीमित करता है; ‘क्यों’ के लिए अभी भी अधिक डेटा और सिद्धांत की आवश्यकता है।

प्रारंभिक आकाशगंगा द्रव्यमान के बारे में सामान्य प्रश्न

खगोलशास्त्री उस आकाशगंगा का वजन कैसे करते हैं जिसके अंदर वे नहीं देख सकते? उसके प्रकाश को पढ़कर। एक आकाशगंगा का स्पेक्ट्रम बताता है कि इसमें किस प्रकार के तारे हैं और किस अनुपात में। चमकीले तारे दृश्य स्वरूप पर हावी होते हैं लेकिन मंद, कम द्रव्यमान वाले तारों की आबादी की तुलना में कुल द्रव्यमान में कम योगदान देते हैं। स्पेक्ट्रोस्कोपी खगोलशास्त्रियों को मंद तारों में बंद द्रव्यमान अंश को मापने देती है, जो कुल द्रव्यमान अनुमान को बदल देता है।

प्रारंभिक द्रव्यमान फलन (initial mass function) क्या है? यह तारों की एक आबादी के बनने पर उनके द्रव्यमानों के वितरण का वर्णन करता है। एक ऊपरी-भारी फलन अधिक विशाल, चमकीले तारे पैदा करता है; एक निचला-भारी फलन आनुपातिक रूप से अधिक छोटे, मंद तारे पैदा करता है। फलन स्थिर नहीं है — यह आकाशगंगा के प्रकार, आयु और पर्यावरण के अनुसार भिन्न हो सकता है। इस अध्ययन में पाया गया कि प्रारंभिक विशाल आकाशगंगाओं में मिल्की वे की तुलना में अधिक निचला-भारी फलन है।

क्या ये वास्तव में “असंभव” आकाशगंगाएँ हैं? शाब्दिक रूप से असंभव नहीं — लेकिन ये मानक मॉडल की भविष्यवाणियों को चुनौती देती हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में बड़ी संरचनाएँ कितनी जल्दी बन सकती हैं। मानक लैम्ब्डा-सीडीएम मॉडल आकाशगंगा निर्माण की अनुमति देता है, लेकिन विशाल स्थिर आकाशगंगाओं के बनने की दर जो भविष्यवाणी करता है वह अवलोकनों से धीमी है। द्रव्यमान में प्रत्येक वृद्धि उस तनाव को बढ़ाती है।

क्या छिपे हुए तारे ग्रहों की मेजबानी कर सकते हैं? कम द्रव्यमान वाले तारे सबसे आम ग्रह मेजबान हैं। यदि सबसे प्रारंभिक आकाशगंगाओं में उनमें से कहीं अधिक थे, तो प्रारंभिक ब्रह्मांड में मानक मॉडलों की भविष्यवाणी से अधिक ग्रहीय प्रणालियाँ हो सकती थीं। अध्ययन कोई रहने योग्यता का दावा नहीं करता; निहितार्थ सांख्यिकीय है और इस बात पर निर्भर करता है कि निचला-भारी द्रव्यमान फलन कितना व्यापक है।

लीडेन टीम पहले से निर्धारित JWST अवलोकन कार्यक्रमों का उपयोग करके प्रारंभिक-ब्रह्मांड आकाशगंगाओं के एक बड़े नमूने पर अपने वर्णक्रमीय विश्लेषण का विस्तार कर रही है। जब वह विस्तारित सूची आएगी, तो संशोधित द्रव्यमान अनुमान यह निर्णायक रूप से परीक्षण करने की अनुमति देंगे कि क्या निचला-भारी तारकीय वितरण प्रारंभिक विशाल आकाशगंगाओं के लिए विशिष्ट है या केवल एक विशेष वर्ग तक सीमित है। ब्रह्मांडीय मॉडल, जो इन आकाशगंगाओं को उनके वर्तमान अनुमानित द्रव्यमानों पर समझाने में संघर्ष करते हैं, तब एक बहुत बड़े डेटासेट का सामना करेंगे।

संदर्भ: Cheng et al., “Hidden mass in early galaxies revealed by bottom-heavy initial mass functions,” Nature Astronomy, 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02932-4

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