Признаки звезд-монстров, в 10 000 раз превышающих массу нашего Солнца, были обнаружены на заре времен

Мы не знаем, какими были первые звезды во Вселенной. Заглядывая в далекие уголки ранней Вселенной, мы видели только следы их присутствия.

Но новая линия доказательств, прослеживаемая на изображениях космического телескопа Джеймса Уэбба, кажется, согласуется с недавней идеей, что набирает обороты: вскоре после появления первых звезд — если не среди них — появились шары тепла и ярости, работающие на синтезе, которые были абсолютными колоссами с массами до 10 000 Солнц.

«Сегодня , благодаря данным, собранным космическим телескопом Джеймса-Уэбба, мы считаем, что нашли первый признак присутствия этих необычных звезд», — говорит астрофизик Коринн Шарбоннель из Женевского университета в Швейцарии.

Первая часть этой головоломки — тип звездной группы, называемый шаровым скоплением. Их относительно много в локальной Вселенной; Есть около 157 объектов, классифицируемых как шаровые скопления в Млечном Пути. Это очень плотные сферические скопления, содержащие от 100 000 до 1 миллиона звезд; и все эти звезды имеют очень похожие химические свойства, что позволяет предположить, что они родились примерно в одно и то же время из одного и того же газового облака.

Кроме того, они часто состоят из очень старых звезд на пороге смерти; астрономы считают эти древние шаровые скопления «окаменелостями» ранней Вселенной и изучают их, чтобы узнать о химических процессах прошлых эпох.

Но в этих более старых шаровых скоплениях есть что-то действительно необычное. Соотношения химического содержания в них различаются от звезды к звезде и трудно поддаются объяснению: обогащение гелием, азотом и натрием и относительное обеднение углеродом и кислородом.

Объяснение, которое лучше всего подходит для этих содержаний. водород горит при очень высоких температурах. В 2013 году исследователи предположили, что один из возможных способов достижения таких высоких температур — в ядрах массивных звезд. Очень массивные звезды. Сверхмассивная, около 10 000 солнечных масс, с ядрами, которые намного горячее и с гораздо более высоким давлением, чем у звезд, которые мы видим вокруг нас сегодня.

Шарбоннель и ее коллега Марк Гилес, ранее работавшие в Университете Суррея. но теперь в Барселонском университете в Испании в 2018 году определили, что, возможно, звездный ветер, испускаемый этими звездами, «загрязнял» межзвездную среду шаровых скоплений этими элементами. Тем временем продолжающиеся столкновения с меньшими звездами пополняли массу звезды. Любые звезды, рожденные из загрязненного межзвездного вещества, унаследовали бы химическое содержание, посеянное сверхмассивными звездами в ранней Вселенной.

К сожалению, эти старые загрязняющие звезды давно мертвы, их свет от близлежащих скоплений давно исчез из поля зрения.

«Шаровым скоплениям от 10 до 13 миллиардов лет, тогда как максимальная продолжительность жизни суперзвезд составляет два миллиона лет», — говорит Гилес. «Поэтому они очень рано исчезли из наблюдаемых в настоящее время скоплений. Остались только косвенные следы».

Все очень аккуратно; но требовалось больше наблюдательных данных. А затем JWST взглянул на очень-очень далекую галактику: GN-z11, скрывающуюся всего через 440 миллионов лет после Большого взрыва, чей свет только сейчас достигает нас после 13,3-миллиардного путешествия через расширяющееся пространство.

Мы знаем о GN-z11 уже несколько лет, но JWST — самый мощный из когда-либо построенных космических телескопов — проанализировал спектр света, который он посылал нам через пространство и время. p>

Поступившие данные оказались довольно странными. Межзвездная среда GN-z11 значительно обогащена азотом по сравнению с кислородом, с коэффициентом содержания, который более чем в четыре раза больше, чем у Солнца… любопытно, если это согласуется с образованием шаровых скоплений, отмеченным астрономами.

«Сильное присутствие азота можно объяснить только сгоранием водорода при чрезвычайно высоких температурах, которых могут достичь только ядра сверхмассивных звезд, как показывают модели Лауры Рамирес-Галеано. , студент магистратуры в нашей команде», — объясняет Шарбоннель.

Доказательства далеки от окончательных, но они указывают нам, где искать дополнительную информацию. Исследователи надеются получить больше данных о ранних галактиках от JWST, ища подобные подсказки, которые могли бы помочь нам идентифицировать эти ранние звезды-чокеры. В свою очередь, это может помочь разрешить другие загадки, например, как сверхмассивные черные дыры образовались в ранней Вселенной и какими были первые звезды во Вселенной.

«Если сценарий сверхмассивных звезд может быть подтвержден будущих исследований, это станет важным шагом в нашем понимании шаровых скоплений и образования сверхмассивных звезд в целом, что приведет к многочисленным важным последствиям», — пишут исследователи.

«В любом случае пекулярные свойства GN-z11, только что обнаруженный JWST, требует дальнейших исследований, чтобы понять физические процессы, происходящие в таких экстремальных объектах в ранней Вселенной, и их возможную связь с образованием шаровых тел, сверхмассивных звезд, а также потенциально сверхмассивных черных дыр среди прочего». /p>

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.