Древнее газовое облако указывает, что первые звезды должны были образовываться очень быстро после Большого взрыва

Астрономы случайно обнаружили газовое облако, которое содержит информацию о ранней фазе формирования галактик и звезд – всего лишь после 850 миллионов лет после Большого взрыва, и имеет неожиданный соотносимый химический состав.

Об этом рассказывают в Институте астрономии Макса Планка.

Когда астрономы смотрят на удаленные объекты, они обязательно осматриваются назад во времени. Обнаруженное газовое облако настолько отдаленное, что его свету потребовалось почти 13 миллиардов лет, чтобы дойти до нас, и наоборот, свет, достигающий нас сейчас, говорит нам о том, как выглядело газовое облако почти 13 миллиардов лет назад - не более чем 850 миллионов лет после Большого взрыва. Для астрономов это очень интересная эпоха. Ведь в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва сформировались первые звезды и галактики, но детали этой сложной эволюции до сих пор остаются неизвестными.

Это весьма отдаленное газовое облако было случайным открытием. Астрономы следили за несколькими квазарами из обнаруженных ранее 15 самых удаленных. Сначала исследователи просто отметили, что один из квазаров, P183+05, имеет достаточно необычный спектр. Но, когда был проанализирован более детальный спектр, полученный с помощью Магеллановых телескопов в обсерватории Лас Кампанас в Чили, ученые поняли, что там есть что-то другое: странные спектральные особенности были отпечатками газового облака, которое было очень близко к далекому квазару, - одно из самых удаленных газовых облаков, которое еще не смогли идентифицировать астрономы.

Освещенное дальним квазаром

Квазары – чрезвычайно яркие активные ядра далеких галактик. Движущей силой их освещенности является центральная сверхмассивная черная дыра галактики. Материя, кружащая вокруг этой черной дыры (перед тем, как попасть в нее), нагревается до температуры, достигающей сотен тысяч градусов, излучая огромное количество радиации. Это позволяет астрономам использовать квазары как фоновые источники для выявления водорода и других химических элементов в поглощении, если газовое облако находится непосредственно между наблюдателем и удаленным квазаром, часть света квазара будет поглощена.

Астрономы могут обнаружить это поглощение, изучая спектр квазара, то есть похожее на радугу разложение света квазара на разные участки по длинам волн. Образец поглощения содержит информацию о химическом составе газового облака, температуре, плотности и даже о расстоянии облака от нас (от квазара). За этим стоит тот факт, что каждый химический элемент имеет «отпечаток» спектральных линий – узкого участка длин волн, в которой атомы этого элемента могут особенно хорошо излучать или поглощать свет. Наличие характерного отпечатка выявляет наличие и изобилие конкретного химического элемента.

Не совсем то облако, которое они искали

Из спектра газового облака исследователи смогли сразу определить расстояние до облака и то, что они оглядываются назад к первым миллиардам лет космической истории. Они также нашли следы нескольких химических элементов, включая углерод, кислород, железо и магний. Однако количество этих элементов было небольшим, примерно в 1/800 раз больше, чем в атмосфере нашего Солнца. Астрономы суммарно называют все тяжелее гелия элементы «металлами»; это измерение делает газовое облако одним из беднейших на металлы (и наиболее удаленных) систем, известных во Вселенной. Убедившись в том, что смотрят на такой «нетронутый» газ, астрономы начали интересоваться, может ли эта система хранить химические сигнатуры, произведенные первыми поколениями звезд.

Поиск этих первых поколений, так называемых звезд «популяции III», является одной из важнейших целей в реконструкции истории Вселенной. В более поздней Вселенной химические элементы тяжелее водорода играют важную роль в том, чтобы газовые облака разрушались, образуя звезды. Но те химические элементы, в частности углерод, сами были произведены в звездах и выброшены в космос при взрывах сверхновых. Для первых звезд таких химических посредников просто не было, поскольку непосредственно после фазы Большого взрыва остались только атомы водорода и гелия. Именно это делает первые звезды принципиально отличными от всех позднейших звезд.

Анализ показал, что химический состав облака не был химически примитивным, но соотносимый состав был удивительно похож на химический состав, наблюдаемы в нынешних межгалактических газовых облаках. Соотношение содержания более тяжелых элементов было очень близким к соотношениям в современной Вселенной. Тот факт, что это газовое облако в самой ранней Вселенной уже содержало металлы с современным соотносительным химическим составом, создает ключевые проблемы для формирования первых поколений звезд.

Так много звезд, так мало времени

Из этого исследования следует, что образование первых звезд в этой системе должно было начаться гораздо раньше: ожидаемые от первых звезд химические выработки уже были стерты взрывами по крайней мере еще одного поколения звезд. Конкретное ограничения во времени обусловлено сверхновыми типа Ia, космическими взрывами, которые были бы необходимы для получения металлов с наблюдаемым соотносительным составом. Таким сверхновым обычно требуется около 1 миллиарда лет, что накладывает серьезные ограничения для любых сценариев формирования первых звезд.

Теперь, когда астрономы нашли это очень раннюю облако, они систематически ищут дополнительные примеры, надеясь найти еще более отдаленные газовые облака, то есть более ранние, которые помогли бы им понять, как родились первые звезды.

Читайте еще интересные новости о космосе.