JWST только что обнаружил углерод в космическом рассвете… до того, как мы подумали, что углерод возможен

ЭМБАРГО, среда, 19 июля, 16:00 BST | 15:00 по Гринвичу | Четверг, 20 июля, 01:00 AEST

В те времена, когда Вселенная была еще совсем крошечной Вселенной, химические процессы были невелики. Там был водород, немного гелия и немного других вещей. Более тяжелые элементы не поступали до тех пор, пока звезды не сформировались, не зажили и не умерли.

Поэтому представьте себе ужас ученых, когда, используя космический телескоп Джеймса Уэбба, они заглянули в далекие уголки Вселенной. они обнаружили значительное количество углеродной пыли менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.

Открытие предполагает, что в бурной ранней Вселенной существовали некоторые способы увеличения производства углерода — вероятно, в результате гибели массивных звезд. , извергая его в космос после смерти.

«Наше обнаружение углеродистой пыли с красным смещением 4–7 обеспечивает важные ограничения для моделей и сценариев образования пыли в ранней Вселенной», — пишут команда под руководством космолога Джориса Уитстока из Кембриджского университета в Великобритании.

Первый миллиард лет жизни Вселенной, известный как Космический рассвет, последовавший за Большим взрывом 13,8 миллиарда лет назад, был критическим временем. . Образовались первые атомы; первые звезды; первый свет расцвел во тьме. Но потребовались сами звезды, чтобы выковать значительное количество элементов тяжелее водорода и гелия.

В горячих, плотных ядерных печах своих ядер звезды сталкивают атомы вместе, сплавляя их в более тяжелые элементы в процессе, называемом звездным. нуклеосинтез. Но эти более тяжелые элементы просто накапливаются в звезде до тех пор, пока у нее не кончается термоядерный материал, и она умирает, извергая свое содержимое в окружающее пространство. Это процесс, который обычно занимает некоторое время.

Уитсток и его коллеги использовали JWST для изучения пыли, висящей во время Космического Рассвета, и заметили нечто странное. Они обнаружили неожиданно сильную особенность в спектре, связанную с поглощением света богатой углеродом пылью, в галактиках всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва.

Проблема в том, что эти пылинки Считается, что для формирования требуется несколько сотен миллионов лет, а характеристики галактик предполагают, что они слишком молоды для этой временной шкалы формирования. Но решить эту проблему можно.

Считалось, что первые звезды во Вселенной были намного массивнее, чем более молодые звезды, которые мы видим сегодня вокруг себя. Поскольку более массивные звезды быстрее расходуют свои запасы топлива, они прожили бы относительно короткую жизнь, взорвавшись сверхновой, которая могла бы относительно рано распространить более тяжелый материал.

Есть также звезды, существующие сегодня, которые являются абсолютными. пылевые фабрики. Их называют звездами Вольфа-Райе, массивными звездами, достигшими конца своей жизни, на грани сверхновой. У них осталось не так много водорода, но много азота или углерода, и они находятся в процессе выброса массы с очень высокой скоростью. Эти выбросы также богаты углеродом.

Обнаружение большого количества углерода в нескольких галактиках во время космического рассвета может свидетельствовать о том, что эти процессы не просто происходили, но были более распространены в ранней Вселенной, чем они находятся в более позднем пространстве-времени.

Это, в свою очередь, предполагает, что огромные звезды были нормой для первого поколения, помогая объяснить, почему мы не видим ни одной из них, которые все еще висят во Вселенной сегодня.

Исследование опубликовано в журнале Nature.