|
Звезды-монстры эпохи зарождения космоса
|
|
|
|
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба международная группа исследователей обнаружила химические отпечатки гигантских первичных звезд, которые образовались одними из первых после Большого взрыва.
|
|
|
|
В течение двух десятилетий астрономы ломали голову над тем, как сверхмассивные черные дыры — одни из самых ярких объектов во Вселенной — могли существовать менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Обычные звезды просто не смогли бы создать такие массивные черные дыры достаточно быстро.
|
|
|
|
Теперь, используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), международная команда обнаружила первое убедительное доказательство, которое раскрывает эту космическую тайну: в ранней Вселенной существовали "звезды-монстры", масса которых в 1000-10 000 раз превышала массу нашего Солнца.
|
|
|
|
Открытие в галактике GS 3073
|
|
|
|
Прорыв произошел в результате изучения химических сигнатур в галактике под названием GS 3073. Исследование, проведенное Портсмутским университетом в Англии и Центром астрофизики (CfA) Гарварда и Смитсоновского института в США, выявило экстремальный дисбаланс между азотом и кислородом, который невозможно объяснить ни одним известным типом звезд.
|
|
|
|
В 2022 году исследователи опубликовали в журнале Nature работу, в которой предсказывалось, что сверхмассивные звезды естественным образом формировались в редких турбулентных потоках холодного газа в ранней Вселенной, объясняя, как квазары (необычайно яркие черные дыры) могли существовать менее чем через миллиард лет после Большого взрыва.
|
|
|
|
|
|
|
"Наше последнее открытие помогает разгадать 20-летнюю космическую тайну", - сказал доктор Дэниел Уэйлен (Daniel Whalen) из Института космологии и гравитации Портсмутского университета. "С помощью GS 3073 мы получили первое наблюдательное доказательство существования этих звезд-монстров.
|
|
|
|
"Эти космические гиганты могли бы ярко гореть в течение короткого времени, прежде чем превратиться в массивные черные дыры, оставив после себя химические следы, которые мы сможем обнаружить миллиарды лет спустя. Немного похожи на динозавров на Земле — они были огромными и примитивными. И у них была короткая жизнь, всего четверть миллиона лет — космическое мгновение ока".
|
|
Как звезды-монстры создали азот
|
|
|
|
Ключом к открытию стало измерение соотношения азота и кислорода в GS 3073. Соотношение азота и кислорода в галактике составляет 0,46, что намного выше, чем можно объяснить любым известным типом звезд или звездным взрывом.
|
|
|
|
Девеш Нандал (Devesh Nandal) из Института теории и вычислений CfA объяснил: "Химический состав действует как космический отпечаток пальца, и структура GS3073 не похожа ни на что, что могут создать обычные звезды. Содержание азота в нем соответствует только одному известному нам источнику — первичным звездам, которые в тысячи раз массивнее нашего Солнца. Это говорит о том, что первое поколение звезд включало в себя по-настоящему сверхмассивные объекты, которые помогли сформировать ранние галактики и, возможно, породили современные сверхмассивные черные дыры."
|
|
|
|
Исследователи смоделировали, как звезды с массой от 1000 до 10 000 солнечных масс будут эволюционировать и какие элементы они будут производить. Они обнаружили особый механизм, который создает огромное количество азота:
|
|
|
|
- Эти огромные звезды сжигают гелий в своих ядрах, производя углерод.
|
|
- Углерод попадает в окружающую оболочку, где происходит горение водорода.
|
|
- Углерод соединяется с водородом, образуя азот в рамках цикла углерод/азот/кислород (CNO).
|
|
- Конвекционные потоки распределяют азот по всей звезде.
|
|
- В конечном счете, это богатое азотом вещество выбрасывается в космос, обогащая окружающий газ.
|
|
|
|
Этот процесс продолжается миллионы лет на этапе сжигания гелия в звезде, создавая избыток азота, наблюдаемый в GS 3073.
|
|
|
|
Последствия для черных дыр и ранних галактик
|
|
|
|
Модели, опубликованные в Astrophysical Journal Letters, также предсказывают, что произойдет, когда эти звезды-монстры умрут. Они не взрываются, а коллапсируют непосредственно в массивные черные дыры массой в тысячи солнечных масс.
|
|
|
|
Интересно, что в центре GS 3073 находится активно питающаяся черная дыра, которая, возможно, является остатком одной из первых сверхмассивных звезд. Если это подтвердится, это позволит решить сразу две загадки — откуда взялся азот и как образовалась черная дыра.
|
|
|
|
Исследование также показало, что эта азотная сигнатура проявляется только в определенном диапазоне масс. Звезды с массой менее 1000 солнечных масс или более 10 000 солнечных масс не обладают правильным химическим составом, что позволяет предположить, что этот тип обогащения является наиболее подходящим.
|
|
|
|
Эти находки открывают новое окно в первые несколько сотен миллионов лет существования Вселенной — период, который астрономы называют "космическими темными веками", когда зажглись первые звезды и начали преобразовывать простую химию ранней Вселенной в богатое разнообразие элементов, которые мы видим сегодня.
|
|
|
|
Исследователи предсказывают, что по мере продолжения исследований ранней Вселенной JWST обнаружит еще больше галактик с подобным избытком азота. Каждое новое открытие будет подкреплять доводы в пользу существования этих сверхмассивных первых звезд.
|
|
|
|
Источник
|
