Остатки первых звезд Вселенной наконец-то замечены в далеких газовых облаках
Облака газа, дрейфующие по ранней Вселенной, дали астрономам представление о том, что осталось от самых первых когда-либо родившихся звезд.
Не сами звезды; они давно ушли, горят быстро и горячо, прежде чем взорваться в сиянии сверхновой, слишком далеком, чтобы наши инструменты могли его обнаружить. Однако материал, который они оставляют после этих взрывов, раскрывает продукты атомного синтеза, происходившего в их ядрах.
«Впервые, — говорит астроном Андреа Саккарди из Парижской обсерватории, — мы смогли идентифицировать химические следы взрывов первых звезд в очень далеких газовых облаках».
Согласно принятой в настоящее время космологии, в истории Вселенной было время, когда все было темным и мрачным. . Вселенная — тогда она была намного меньше, около 13,8 миллиардов лет назад — была заполнена горячим мутным туманом ионизированного газа, который мешал свету проходить через Вселенную. Любые фотоны просто рассеялись бы на свободных электронах.
Как только Вселенная достаточно остыла, протоны и электроны рекомбинировали в нейтральный гелий и водород. Только после того, как родились первые звезды и галактики, их ультрафиолетовое излучение реионизировало нейтральный водород, свет мог свободно распространяться по всему электромагнитному спектру.
Мы думаем, что эти первые звезды появились между 13,7 и 13,5 годами. миллиард лет назад, но мы никогда не видели ни одного. Мы называем их звездами населения III, и они, вероятно, сильно отличались от звезд, которые мы видим вокруг нас сегодня.
Они могли быть массивными, а это значит, что они быстро сгорали, заканчиваясь взрывами сверхновых, которые извергали их содержимое выбрасывается в космос, чтобы быть использованным в следующем поколении звездообразования.
Но для производства тяжелых элементов нужны звезды. Звезды населения III состояли в основном из водорода и гелия, потому что это все, что было во Вселенной, когда они родились (плюс минимальные следы лития, третьего по легкости элемента).
Но ядерные фабрики в их ядрах сплавили атомы. из этих элементов создать более тяжелые, такие как углерод, кислород и магний; эти элементы затем распространились в космос, когда звезда взорвалась.
Поскольку звезд давно нет, мы не можем изучать их непосредственно в настоящее время, хотя астрономы надеются, что однажды мы сможем это сделать. Однако это не означает, что все их следы исчезли.
«Первичные звезды можно изучать косвенно, обнаруживая химические элементы, которые они рассеяли в окружающей среде после своей смерти», – говорит астрофизик и космолог Стефания Сальвадори из Флорентийского университета в Италии.
Чтобы найти внутренности первичных звезд, Саккарди и его коллеги использовали инструмент X-shooter на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории, чтобы проанализировать свет очень ярких, далеких галактики, известные как квазары.
По мере того, как этот свет движется в пространстве, иногда он проходит через облака материала. Это может немного изменить свет, делая некоторые части спектра ярче или тусклее, поскольку длины волн поглощаются и переизлучаются элементами в облаках.
Ученые могут тщательно изучить эти сигнатуры в спектре и связать их. к конкретным элементам. Исследователи собрали наблюдения за 54 такими облаками вещества и искали следы элементов, которые, вероятно, были разбросаны по космосу звездами населения III, в сочетании с низким уровнем более тяжелых элементов, таких как железо.
Они обнаружили. подпись, которую они искали, в трех облаках, датируемых примерно 1–2 миллиардами лет после Большого взрыва.
Эти три облака содержали большое количество углерода и кислорода, а также магния и отношения кремния к железу прекрасно согласуются с древними близлежащими звездами с очень небольшим содержанием тяжелых элементов.
Кроме того, содержания магния и кремния согласуются с низкоэнергетическими сверхновыми, ожидаемыми от первичных звезд.
Результаты показывают, что, хотя нам еще предстоит увидеть звезды популяции III в дикой природе, их остатки можно найти. И с помощью достаточно мощных инструментов мы можем исследовать эти следы, чтобы узнать больше об эволюции материи во Вселенной, поскольку звезды со временем меняют содержание элементов в окружающем нас веществе.
«Наше открытие открывает новые горизонты. возможности для косвенного изучения природы первых звезд, полностью дополняющие исследования звезд в нашей галактике», — говорит Сальвадори.
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal. р>
