Наконец-то мы можем получить доказательства существования первых звезд во Вселенной
Самые первые звезды могли появиться, когда Вселенной было всего 100 миллионов лет, или менее 1 % от нынешнего возраста. С тех пор быстрое расширение космоса кануло их свет в небытие, заставив нас искать ключи к разгадке их существования в космических источниках ближе к дому.
Исследуя свет, исходящий от облаков вокруг далекого квазара, исследователи из Японии, Австралии и США обнаружили, что «отличительная смесь тяжелых элементов» могла происходить только из одного источника: колоссальной сверхновой звезды первого поколения.
Все звезды, которые мы можем наблюдать классифицируются как популяция I или популяция II, в зависимости от их возраста. Звезды населения I моложе и содержат больше тяжелых элементов, тогда как звезды населения II старше и содержат меньше тяжелых элементов.
Самые первые звезды, описанные как население III, еще старше, их существование совпадает с космическими расстояниями, которые убрать их из поля зрения даже наших лучших технологий. Пока мы можем только предполагать, как они могли выглядеть.
Ученые считают, что эти самые ранние звезды были очень горячими, яркими и массивными, возможно, в сотни раз превышающими массу нашего Солнца.
Без истории мощных космических событий с образованием элементов тяжелее лития звезды населения III полностью состояли бы из простейших газов. В то время единственными материалами, доступными во Вселенной, были водород, гелий и немного лития, обнаруженные в первичном газе, оставшемся после Большого взрыва. Только после того, как сами первые звезды коллапсировали в ожесточенном столкновении, могли появиться более тяжелые элементы.
Эти первые звезды, вероятно, завершили свою жизнь сверхновыми с парной нестабильностью, теоретический тип сверхсверхновых возможен только в таких массивных звездах. В отличие от других сверхновых, это не оставило бы после себя звездных остатков, таких как нейтронная звезда или черная дыра, вместо этого выбросив все наружу в виде постоянно расширяющегося облака.
Этот взрыв мог засеять древнее межзвездное пространство необходимыми тяжелыми элементами. для формирования каменистых миров, подобных нашему, — таким образом обеспечивая жизнь, какой мы ее знаем, — так что общий эффект положительный.
Для астрономов на Земле, которые сейчас надеются узнать о звездах населения III, свет от эти древние мегавзрывы исчезли вдали, оставив лишь рассеянное облако, содержащее сложную смесь элементов.
Со временем эта смесь материала может сама превратиться во что-то новое. Чтобы найти признаки такой концентрации звездной пыли, авторы нового исследования использовали данные спектрографа в ближнем инфракрасном диапазоне от одного из самых далеких известных квазаров — типа активного галактического ядра или чрезвычайно яркого центра молодой галактики.
Свет этого квазара мчался в космосе 13,1 миллиарда лет, прежде чем достиг Земли, отмечают исследователи, а это значит, что мы видим квазар таким, каким он выглядел, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет.
Спектрограф — это прибор, который улавливает и разделяет входящий свет, в данном случае от небесного объекта, на составляющие его длины волн. Это может показать, какие элементы присутствуют в удаленном объекте, хотя собрать эту информацию не всегда легко.
Яркость линий в астрономических спектрах может зависеть от факторов, отличных от распространенности элемента, считают авторы. указать, что может усложнить усилия по идентификации конкретных элементов.
Тем не менее, двое авторов исследования — астрономы Юдзуру Ёсии и Хироаки Самешима, оба из Токийского университета — уже разработали трюк, чтобы обойти эту проблему. .
Их метод, который включает использование интенсивности длин волн для оценки распространенности элементов, позволил исследовательской группе проанализировать состав облаков вокруг этого квазара.
Анализ показал странно низкую отношение магния к железу в облаках, в которых железа было в 10 раз больше, чем магния по сравнению с нашим Солнцем. Исследователи говорят, что это была подсказка, предполагающая, что это материал катастрофического взрыва звезды первого поколения.
«Для меня было очевидно, что кандидатом в сверхновую для этого будет сверхновая с парной нестабильностью. звезды с населением III, в котором вся звезда взрывается, не оставляя после себя никаких остатков», — говорит соавтор Юзуру Йошии, астроном из Токийского университета.
«Я был рад и несколько удивлен, обнаружив что парная нестабильность сверхновой звезды с массой примерно в 300 раз больше массы Солнца обеспечивает отношение магния к железу, которое согласуется с низким значением, полученным нами для квазара».
По крайней мере, еще один Йоши и его коллеги отмечают, что в 2014 году было сообщено о потенциальном следе звезды населения III, но они утверждают, что это новое открытие является первым, предоставляющим такие убедительные доказательства.
Если они правы в том, что они нашли, это исследование может иметь большое значение для выявления того, как материя развивалась на протяжении истории Вселенной. Но чтобы быть уверенным, добавляют они, потребуются дополнительные наблюдения, чтобы проверить наличие подобных признаков у других небесных объектов.
Возможно, не все эти наблюдения должны исходить от таких далеких квазаров. Даже если во Вселенной больше не осталось звезд населения III, долговечность их остатков сверхновых означает, что доказательства могут скрываться практически где угодно, включая локальную Вселенную вокруг нас.
«Теперь мы знаем, что искать. ; у нас есть путь», — говорит соавтор Тимоти Бирс, астроном из Университета Нотр-Дам.
«Если бы это произошло локально в очень ранней Вселенной, что должно было произойти, то мы бы ожидайте найти доказательства этого.»
Результаты были опубликованы в The Astrophysical Journal.
