У 10 000 разів більші за Сонце: вчені виявили сліди зірок-монстрів на початку існування Всесвіту

Науці невідомо, якими були перші зірки у Всесвіті. Вдивляючись у далекі куточки раннього Всесвіту, астрономи могли побачити лише сліди їх присутності. Але нова лінія доказів, простежених на зображеннях космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), підтверджує нову й все популярнішу ідею про те, що перші зірки могли бути розпеченими й лютими гігантами, які досягали маси 10 000 Сонць.

• Велике везіння: у Німеччині сім'я знайшла метеорит із поясу астероїдів між Марсом та Юпітером

Деталі

Астрофізик Корін Шарбонель з Женевського університету у Швейцарії зазначає, що завдяки даним з телескопа Джеймса Вебба, вченим вдалося знайти першу підказку присутності незвичайних гігантських зірок на початку існування Всесвіту.

Першою частиною цієї головоломки є тип зоряної групи, яка називається кульовим скупченням. Їх відносно багато в локальному Всесвіті: у Чумацькому Шляху налічується близько 157 об’єктів, які класифікуються як кульові скупчення. Це дуже щільні сферичні скупчення, які містять від 100 000 до 1 мільйона зірок, і всі ці зірки мають дуже схожі хімічні властивості, що свідчить про те, що вони народилися приблизно в один час, з однієї хмари газу.

Вони також часто складаються з дуже старих зірок, які наближаються до смерті. Астрономи вважають ці стародавні кульові скупчення "скам'янілостями" раннього Всесвіту та вивчають їх, щоб дізнатися про хімію минулих еонів.

Але в цих старих кульових скупченнях є дещо дивне. Вони демонструють коефіцієнти хімічного вмісту, які відрізняються від зірки до зірки і їх важко пояснити: збагачення гелієм, азотом і натрієм і відносне збіднення вуглецю та кисню.

Пояснення, яке найкраще відповідає цим надлишкам, полягає в горінні водню при надзвичайно високих температурах. У 2013 році дослідники припустили, що одним із можливих способів досягнення таких високих температур є ядра масивних зірок. Дуже масивних зір: приблизно в 10 000 сонячних мас, з ядрами, набагато гарячішими та під значно вищим тиском, ніж у зірок, які ми бачимо навколо нас сьогодні.

Шарбоннель та її колега Марк Гілес у 2018 році визначили, що можливо зоряний вітер, який випромінюють ці зірки, "забруднив" міжзоряне середовище кульових скупчень цими елементами. Тим часом триваючі зіткнення з меншими зірками поповнили масу зірки. Будь-які зірки, народжені із забрудненого міжзоряного матеріалу, успадкували б надлишок хімічних речовин, засіяний надмасивними зірками в ранньому Всесвіті.

На жаль, ці старі зірки-забруднювачі давно мертві, а їхнє світло від сусідніх скупчень давно зникло з поля зору. Гілес зазначає:

Вік кульових скупчень становить від 10 до 13 мільярдів років, тоді як максимальна тривалість життя суперзірок становить два мільйони років. Тому вони дуже рано зникли з кластерів, які зараз можна спостерігати. Залишилися лише непрямі сліди.

Загалом теорія виглядала правдоподібною, але їй були необхідні докази, які надав JWST, подивившись на дуже-дуже далеку галактику: GN-z11, що ховається лише за 440 мільйонів років після Великого вибуху, світло якої лише зараз досягає нас після 13,3 мільярда років подорожі. Космічний телескоп дозволив проаналізувати спектр світла галактики й отримати дані, які раніше були недоступними. Й вони виявилися дивними.

Міжзоряне середовище GN-z11 більше збагачене азотом порівняно з киснем, із коефіцієнтом надлишку, який більш ніж у чотири рази перевищує сонячний. Шарбоннель та її колеги провели ретельний аналіз і моделювання та виявили, що гігантські зірки масою приблизно від 1000 до 10 000 сонячних мас, які утворилися в результаті зіткнень дрібніших об’єктів, можуть послідовно пояснити співвідношення кількості не лише в кульових скупченнях, але й у GN-z11.

Докази далеко не переконливі, але вони показують дослідникам, де шукати більше інформації. Вчені сподіваються отримати більше даних про ранні галактики від JWST, шукаючи подібні підказки, які могли б допомогти нам ідентифікувати ці ранні зірки-монстри. Своєю чергою, це може допомогти вирішити інші таємниці, наприклад, як утворилися надмасивні чорні діри в ранньому Всесвіті та якими були перші зірки у Всесвіті. Дослідники підкреслюють:

Якщо сценарій надмасивних зірок можна підтвердити майбутніми дослідженнями, це стане важливим кроком для нашого розуміння кульових скупчень і формування надмасивних зірок загалом, що матиме численні важливі наслідки. У будь-якому випадку, особливі властивості GN-z11, щойно виявлені JWST, вимагають подальших досліджень, щоб зрозуміти фізичні процеси, що відбуваються в таких екстремальних об’єктах у ранньому Всесвіті, та їх можливий зв’язок з утворенням кульових скупчень, надмасивних зірок та, потенційно, надмасивних чорних дір.

Раніше телескоп Габбл показав скупчення галактик, які незвичайним чином спотворюють простір і час.