Первые звезды во Вселенной, известные как население III, долгое время оставались лишь теоретической моделью. В отличие от современных светил, они рождались из чистейших облаков водорода и гелия, возникших сразу после Большого взрыва, когда в космосе еще не было тяжелых элементов вроде углерода или кислорода.
Астрономы впервые увидели звезды, возникшие через 400 миллионов лет после начала Вселенной
Астрономы из Кембриджского университета при помощи телескопа Джеймс Уэбб обнаружили убедительные доказательства существования звезд населения III. Ученые зафиксировали специфическое излучение гелия рядом с древней галактикой GN-z11, возникшей спустя всего 400 миллионов лет после Большого взрыва.
Галактика GN-z11. Хаббл. NASA
Почему «население III» — это самые первые звезды. В астрономии принята обратная нумерация звездных поколений. Звезды населения I — это самые молодые и богатые металлами светила (как наше Солнце). Население II включает более старые и бедные тяжелыми элементами объекты. Население III — это гипотетическое (до недавнего времени) — самое первое поколение. Слово «металлы» в астрофизике обозначает любые элементы тяжелее гелия. Первым звездам просто не из чего было создавать «металлы», кроме как внутри самих себя в процессе термоядерного синтеза. Поэтому их обнаружение — это поиск химически стерильных областей космоса.
Эти гиганты были невероятно массивными и горячими, проживая свою жизнь за считанные миллионы лет и заканчивая ее колоссальными взрывами сверхновых. Именно эти вспышки наполнили пространство первыми тяжелыми элементами, заложив основу для формирования планет и жизни.
Картирование излучения ионизированного гелия от звезды Хеба.
Группа ученых под руководством Роберто Маиолино из Кембриджа, изучая гало яркой галактики GN-z11, обнаружила слабый сигнал от малого спутника, названного Хеба. Спектральный анализ показал линию дважды ионизированного гелия, что свидетельствует о наличии экстремально мощного источника излучения. Отсутствие в спектре признаков металлов позволило исследователям заявить, что перед ними именно те самые первородные звезды, которые человечество никогда раньше не видело напрямую. Работа размещена на сервере arxiv.
Масса древних гигантов
Распределения плотности по моделям NEFERTITI при z = 10,6 для галактик Pop III на разных стадиях эволюции (красный: первичные; оранжевый: загрязненные металлами; зеленый: гибриды с преобладанием звезд Pop III) и для бедных металлами галактик Pop II (фиолетовый).
Подтверждение реальности этого сигнала пришло благодаря совместной работе нескольких групп исследователей. Команда из Флорентийского университета под руководством Элки Русты независимо обнаружила линию водорода в той же области, что позволило точнее рассчитать параметры объекта.
Использование прибора NIRSpec телескопа Джеймс Уэбб позволило разделить сигнал на компоненты и подтвердить полное отсутствие тяжелых элементов. На основе полученных данных ученые провели теоретическое моделирование, которое помогло определить вероятную массу древних светил.
Анализ показал, что масса большинства звезд в этом скоплении составляла от 10 до 100 масс Солнца. Это подтверждает прогнозы о том, что первое поколение звезд было представлено исключительно массивными объектами. Как отмечает соавтор исследования Роберто Маиолино: «Тот факт, что мы не видим ничего, кроме гелия, означает, что эти скопления должны быть очень чистыми. Это именно то, что ожидалось от звезд населения III». Теперь, имея прямые наблюдательные данные, астрономы могут лучше понять, как формировались структуры, определившие облик современной Вселенной.