В 10 000 раз больше Солнца: ученые обнаружили следы звезд-монстров в начале существования Вселенной

Науке неизвестно, какими были первые звезды во Вселенной. Всматриваясь в далекие уголки ранней Вселенной, астрономы могли увидеть только следы их присутствия. Но новая линия доказательств, прослеженных на изображениях космического телескопа Джеймса Вебба (JWST), подтверждает новую и все более популярную идею о том, что первые звезды могли быть раскаленными и свирепыми гигантами, достигавшими массы 10 000 Солнц.

• Большое везение: в Германии семья нашла метеорит из пояса астероидов между Марсом и Юпитером

Детали

Астрофизик Корин Шарбонель из Женевского университета в Швейцарии отмечает, что благодаря данным телескопа Джеймса Уэбба, ученым удалось найти первую подсказку присутствия необычных гигантских звезд в начале существования Вселенной.

Первой частью этой головоломки является тип звездной группы, которая называется шаровым скоплением. Их относительно много в локальной Вселенной: в Млечном Пути насчитывается около 157 объектов, которые классифицируются как шаровые скопления. Это очень плотные сферические скопления, содержащие от 100 000 до 1 миллиона звезд, и все эти звезды обладают очень схожими химическими свойствами, что свидетельствует о том, что они родились примерно в одно время, из одного облака газа.

Они также часто состоят из очень старых звезд, приближающихся к смерти. Астрономы считают эти древние шаровые скопления "окаменелостями" ранней Вселенной и изучают их, чтобы узнать о химии прошлых эонов.

Но в этих старых шаровых скоплениях несколько странное. Они демонстрируют коэффициенты химического содержания, которые отличаются от звезды к звезде и трудно объяснимы: обогащение гелием, азотом и натрием и относительное обеднение углерода и кислорода.

Объяснение, лучше всего отвечающее этим излишкам, заключается в горении водорода при чрезвычайно высоких температурах. В 2013 году исследователи предположили, что одним из возможных способов достижения столь высоких температур является ядра массивных звезд. Очень массивных звезд: примерно в 10 000 солнечных масс, с ядрами, гораздо более горячими и под значительно более высоким давлением, чем у звезд, которые мы видим вокруг нас сегодня.

Шарбоннель и ее коллега Марк Гилес в 2018 году определили, что, возможно, звездный ветер, который излучают эти звезды, "загрязнил" межзвездную среду шаровых скоплений этими элементами. Тем временем продолжающиеся столкновения с меньшими звездами пополнили массу звезды. Любые звезды, рожденные из загрязненного межзвездного материала, унаследовали бы избыток химических веществ, засеянный сверхмассивными звездами в ранней Вселенной.

К сожалению, эти старые звезды-загрязнители давно мертвые, а их свет от соседних скоплений давно исчез из виду. Гиллес отмечает:

Возраст шаровых скоплений составляет от 10 до 13 миллиардов лет, в то время как максимальная продолжительность жизни суперзвезд составляет два миллиона лет. Поэтому они рано исчезли из кластеров, которые сейчас можно наблюдать. Остались только косвенные следы.

В общем, теория выглядела правдоподобной, но ей были необходимы доказательства, которые предоставил JWST, посмотрев на очень-очень далекую галактику: GN-z11, скрывающуюся всего за 440 миллионов лет после Большого взрыва, свет которой только сейчас достигает нас после 13,3 миллиарда лет путешествия. Космический телескоп позволил проанализировать спектр света галактики и получить ранее недоступные данные. И они оказались удивительными.

Межзвездная среда GN-z11 больше обогащена азотом по сравнению с кислородом, с коэффициентом избытка, более чем в четыре раза превышающим солнечный. Шарбоннель и ее коллеги провели тщательный анализ и моделирование и обнаружили, что гигантские звезды массой примерно от 1000 до 10 000 солнечных, образовавшиеся в результате столкновений более мелких объектов, могут последовательно объяснить соотношение количества не только в шаровых скоплениях, но и в GN-z11.

Доказательства далеко не убедительны, но показывают исследователям, где искать больше информации. Ученые надеются получить больше данных о ранних галактиках от JWST, ища подобные подсказки, которые могли бы помочь нам идентифицировать этих ранних звезд-монстров. В свою очередь это может помочь решить другие тайны, например, как образовались сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной и какими были первые звезды во Вселенной. Исследователи подчеркивают:

Если сценарий сверхмассивных звезд можно подтвердить предстоящими исследованиями, это станет важным шагом для понимания шаровых скоплений и формирования сверхмассивных звезд в целом, что будет иметь многочисленные важные последствия. В любом случае, особые свойства GN-z11, только что обнаруженные JWST, требуют дальнейших исследований, чтобы понять физические процессы, происходящие в таких экстремальных объектах в ранней Вселенной, и их возможную связь с образованием шаровых скоплений, сверхмассивных звезд и, потенциально, сверхмассивных черных дыр.

Ранее телескоп Хаббл показал скопление галактик, которые необычным образом искажают пространство и время.