Астрономы смогли получить доказательства существования первых звезд во Вселенной

Самые первые звезды могли появиться, когда Вселенной было всего 100 миллионов лет, или менее 1 процента ее нынешнего возраста. С тех пор быстрое расширение космоса отправило их свет в забвение, оставив для ученых возможность искать ключи к разгадке их существования в космических источниках ближе к нам.

Анализируя свет, исходящий от облаков вокруг далекого квазара, международная группа исследователей обнаружила, что «отличительная смесь тяжелых элементов» могла исходить только из одного источника: колоссальной сверхновой звезды первого поколения.

Все звезды, которые мы можем наблюдать, классифицируются как Население I или Население II, в зависимости от их возраста. Звезды населения I моложе и содержат больше тяжелых элементов, а звезды населения II старше и содержат меньше тяжелых элементов.

Самые первые звезды, описанные как Население III, еще старше, их существование совпадает с космическими расстояниями, которые ставят их вне поля зрения наших лучших технологий. Пока астрономы могут только предполагать, как они могли выглядеть.

Ученые считают, что эти самые ранние звезды были очень горячими, яркими и массивными, возможно, в сотни раз превышающими массу Солнца.

Без истории мощных космических событий с образованием элементов тяжелее лития звезды населения III полностью состояли бы из простейших газов.

В то время единственными материалами, доступными во Вселенной, были водород, гелий и немного лития, обнаруженные в первичном газе, оставшемся после Большого взрыва. Только после того, как сами первые звезды разрушились, могли появиться более тяжелые элементы.

Эти первые звезды, вероятно, завершили свою жизнь как парно-нестабильные сверхновые  — тип таких сверхсверхновых возможен только в подобных массивных звездах. В отличие от других сверхновых, их взрыв не оставит после себя звездных остатков, таких как нейтронная звезда или черная дыра, вместо этого выбросив весь материал наружу в виде постоянно расширяющегося облака.

Такой взрыв мог засеять древнее межзвездное пространство тяжелыми элементами, необходимыми для формирования каменистых миров, подобных нашему, — таким образом, создав жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, — так что общий эффект положительный.

Однако для астрономов на Земле, которые сейчас надеются узнать о звездах населения III, свет от этих древних мегавзрывов исчез вдали, оставив лишь рассеянное облако, содержащее сложную смесь элементов.

Со временем эта смесь материалов может превратиться во что-то новое. Чтобы найти признаки такой концентрации звездной пыли, авторы нового исследования использовали данные спектрографа в ближнем инфракрасном диапазоне от одного из самых далеких известных квазаров — типа активного галактического ядра или чрезвычайно яркого центра галактики.

Исследователи отмечают, что свет этого квазара мчался в космосе 13,1 миллиарда лет, прежде чем достиг Земли, а это означает, что мы видим квазар таким, каким он выглядел, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет.

Спектрограф — это прибор, который улавливает и разделяет входящий свет, в данном случае от небесного объекта, на составляющие его длины волн. Он может показать, какие элементы присутствуют в удаленном объекте, хотя собрать эту информацию не всегда легко.

Авторы отмечают, что яркость линий в астрономических спектрах может зависеть от факторов, отличных от распространенности элемента, что может усложнить усилия по идентификации конкретных элементов.

Тем не менее двое авторов исследования — астрономы Юдзуру Йошии и Хироаки Самешима из Токийского университета — придумали способ обойти эту проблему.

Их метод, который включает использование интенсивности длин волн для оценки распространенности элементов, позволил исследовательской группе проанализировать состав облаков вокруг этого квазара.

Анализ выявил странно низкое соотношение магния и железа в облаках, в которых железа было в 10 раз больше, чем магния по сравнению с нашим Солнцем. Исследователи говорят, что это была подсказка, предполагающая, что это был материал от катастрофического взрыва звезды первого поколения.

Ученые отмечают, что в 2014 году было сообщено по крайней мере еще об одном потенциальном следе звезды Населения III, но они утверждают, что новое открытие является первым, дающим столь убедительные доказательства.

Если они правы в том, что обнаружили, исследование может иметь большое значение для раскрытия того, как материя развивалась в течение истории Вселенной.

Но чтобы быть уверенным, добавляют астрономы, потребуются дополнительные наблюдения, чтобы проверить наличие подобных черт у других небесных объектов.

Возможно, не все эти наблюдения должны исходить от таких далеких квазаров. Даже если во Вселенной больше не осталось звезд населения III, долговечность их остатков сверхновых означает, что доказательства могут скрываться практически где угодно, включая местную Вселенную вокруг нас.

Результаты работы были опубликованы в The Astrophysical Journal.