Космический рассвет: как возникали первые звезды Вселенной
Вселенная не всегда была наполнена светом. После Большого взрыва она прошла через долгий период тьмы — эпоху, известную как Темные века. В это время космос остывал, и лишь спустя сотни миллионов лет появились первые источники света — звезды населения III. Они были совсем не похожи на те, что мы видим сегодня: гигантские, невероятно горячие и состоящие почти исключительно из водорода и гелия, без следов тяжелых элементов.
Но как именно они сформировались? Что происходило внутри тех древних газовых облаков, где рождались первые звезды? И почему современные наблюдения не находят ожидаемых следов их взрывов? Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, проливает свет на эти загадки, используя суперкомпьютерное моделирование с беспрецедентной детализацией.
Темные века и первые звезды
Темные века начались примерно через 370 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная остыла настолько, что протоны и электроны смогли объединиться в нейтральные атомы водорода. Однако звезд еще не существовало, и космос оставался погруженным во тьму.
Все изменилось, когда под действием гравитации начали формироваться первые структуры. Темная материя сыграла ключевую роль: ее сгустки — мини-гало — создавали гравитационные колодцы, в которые стекался газ. Постепенно в этих облаках возникали условия для рождения звезд.
Но процесс был далеко не таким гладким, как считалось ранее. Новые симуляции, проведенные с помощью кода GIZMO и данных проекта IllustrisTNG, показали, что газ в этих облаках двигался с сверхзвуковыми скоростями, создавая турбулентность, которая разрывала их на отдельные сгустки.
Турбулентность — двигатель звездообразования
Раньше ученые предполагали, что первые звезды рождались в относительно спокойных условиях, формируя одиночные сверхмассивные светила. Однако моделирование с высоким разрешением (в 100 000 раз детальнее, чем в предыдущих работах) показало, что турбулентность не подавляла, а ускоряла звездообразование.
Газовые потоки сталкивались, закручивались и фрагментировались, создавая несколько плотных ядер вместо одного. В результате звезды населения III могли быть меньше и многочисленнее, чем считалось. Это объясняет, почему астрономы не находят достаточного количества химических следов их взрывов: если звезды были не столь массивными, то и сверхновые с парной нестабильностью (которые оставляют яркие «отпечатки» в древних звездах) возникали реже.
Прорыв в понимании ранней Вселенной
Это исследование — важный шаг к разгадке тайн космического рассвета. Оно показывает, что турбулентность была ключевым фактором, определявшим массу и количество первых звезд. Более того, симуляции позволяют по-новому взглянуть на роль темной материи — именно ее мини-гало задавали структуру, в которой рождались первые источники света.
«Нам впервые удалось полностью проследить развитие турбулентности на самых ранних этапах формирования первых звезд, — говорит ведущий автор исследования Ке-Джун Чен. — Это показывает, что хаотичные движения не просто присутствовали, но и играли решающую роль».
Следующий шаг — сравнить эти модели с новыми данными от космического телескопа Джеймс Уэбб, который уже обнаружил древнейшие галактики. Если теория подтвердится, это изменит наше представление о том, как зажглись первые огни во Вселенной.