Возможно, мы нашли останки одной из первых звезд во Вселенной

Астрономы, анализируя данные Gemini об очень далеком квазаре, обнаружили химические остатки, которые могли принадлежать одной из первых звезд, осветивших Вселенную.

Группа исследователей из Токийского университета работала над анализом далекого квазара, наблюдаемого с помощью 8,1-метрового телескопа Gemini North на Гавайях, которым управляет NOIRLab и часть обсерватории Gemini. В ходе исследования ученые обнаружили необычную пропорцию химических элементов, которые, как они предполагают, произошли из обломков взрыва одной из звезд ранней Вселенной. Масса этой звезды первого поколения должна была быть примерно в 300 раз больше массы нашего Солнца.

Это открытие, которое еще предстоит подтвердить, может пролить свет на все, что мы до сих пор не знаем о ранней Вселенной. Если таинственный материал, обнаруженный учеными, представляет собой химические останки звезды, такой же древней, как Вселенная, это станет огромным прорывом после десятилетий исследований, спекуляций и отсутствия прямых доказательств.

Звезды первого поколения

Самые первые звезды, вероятно, образовались, когда возраст Вселенной составлял всего 100 миллионов лет, то есть менее 1% от ее нынешнего возраста. Известные как население III, или звезды первого поколения, эти звезды были настолько массивными, что в конце своей жизни в виде сверхновых они полностью разрывались на части, засоряя межзвездное пространство характерной смесью тяжелых элементов.

Используя инновационный метод для определения химических элементов, содержащихся в облаках, окружающих исследуемый квазар, ученые заметили очень необычный состав. Материал содержал в 10 раз больше железа, чем магния, по сравнению с соотношением этих элементов в нашем Солнце.

Ученые считают, что наиболее вероятное объяснение этой характеристики заключается в том, что материал был оставлен звездой первого поколения, которая взорвалась как Сверхновая с нестабильностью ядра. Эти необычайно мощные варианты взрывов сверхновых никогда не наблюдались, но предполагается, что они являются завершением жизни гигантских звезд с массой в 150-250 раз больше массы Солнца.

Сверхновая питает межзвездное пространство

Взрывы сверхновых с парной нестабильностью происходят, когда фотоны в центре звезды спонтанно превращаются в электроны и позитроны (позитрон - это положительно заряженный аналог электрона в антиматерии). Это преобразование снижает радиационное давление внутри звезды, позволяя гравитации преодолеть его и вызвать коллапс и последующий взрыв. Такое событие настолько катастрофично, что его также называют суперсверхновой.

В отличие от других сверхновых, эти события не оставляют звездных остатков, таких как нейтронная звезда или черная дыра, а выбрасывают весь материал в окружающую среду. Есть только два способа найти доказательства этого:

• Запечатлеть сверхновую с парной нестабильностью в самый момент ее возникновения (крайне маловероятное событие).
• Определить химическую подпись суперсверхновой в материале, выброшенном в межзвездное пространство.

Для своего исследования астрономы использовали данные спектрографа ближнего инфракрасного диапазона "Gemini" (GNIRS). Хотя он несет информацию о составляющих химических элементах, электромагнитный спектр не позволяет легко вывести содержание каждого элемента. Яркость спектральной линии, на самом деле, зависит от многих факторов, а не только от количества элемента в химическом составе изучаемого объекта.

Инновационный метод определения химического состава звезд

Поиск химических доказательств существования более раннего поколения звезд высокой массы популяции III уже проводился в прошлом среди звезд гало Млечного Пути. В 2014 году была представлена как минимум одна предварительная идентификация. Юдзуру Йошии и Хироаки Самешима из Токийского университета и их коллеги, однако, считают, что новый результат дает самую четкую сигнатуру сверхновой с парной нестабильностью, основанную на чрезвычайно низком отношении обилия магния к железу, представленном в этом квазаре.

На самом деле, они решили эту проблему, разработав метод, который использует интенсивность длин волн в спектре квазара для оценки обилия присутствующих элементов. Именно используя этот метод для анализа спектра квазара, они и их коллеги обнаружили значительно низкое соотношение магния и железа.

Химические сигнатуры первобытных звезд еще ближе к нам

Исследователи из Токийского университета считают, что химические сигнатуры древних звезд, разрушенных сверхсверхновыми, можно обнаружить еще ближе к нам. Хотя звезды высокой массы популяции III вымерли очень давно, химические сигнатуры, которые они оставляют в выброшенном материале, могут существовать гораздо дольше и сохраняться до сих пор. Это означает, что астрономы могут найти сигнатуры взрывов сверхновых давно исчезнувших звезд, все еще запечатленные в объектах нашей локальной Вселенной.

Для более тщательной проверки этой интерпретации необходимо провести еще много наблюдений, чтобы выяснить, проявляют ли другие объекты подобные характеристики. Однако теперь, когда человек знает, что искать, он знает и путь, по которому следует идти. В частности, где и как найти доказательства, позволяющие разгадать одну из величайших тайн ранней Вселенной.