Зола первых звезд Вселенной. Астрономия на QWERTY
Привет! Сегодня хочу рассказать вам о том, о чем может быть никто еще из астрономов как следует не знает. О первых звездах во Вселенной, самых первых звездах Вселенной. [музыка] Привет, Кирилл Масленников, Пулковский астроном, ведущий научно-популярного канала.
Уже несколько раз я рассказывал о том, что одна из таких загадочных тем современной астрофизики, особенно ставшая острой после исследований космического телескопа, заключается в том, что в ранней Вселенной все происходит как-то слишком быстро. Мне несколько раз говорили об этом; обнаружены очень массивные, большие галактики на таких временах, когда вроде бы они не могли еще успеть образоваться. Обнаружены звезды, богатые металлами, на таких временах, когда еще не должны были эти металлы успеть образоваться быстрее, быстрее, чем мы об этом прежде думали.
Вот одно из объяснений этого факта заключается в том, что очень ранние звезды, первые звезды ранней Вселенной, были совершенно необычными. Во-первых, конечно, они должны были состоять практически из чистого водорода с небольшим количеством гелия. Затем они были очень массивны; их масса доходила до сотен, а может быть, даже и тысяч масс Солнца.
Сейчас это очень трудно себе представить, потому что самые массивные звезды, которые сейчас мы наблюдаем, экстремально массивные, это в крайнем случае около 100 солнечных масс. Вот такие гипотетические первые звезды Вселенной должны были жить очень небольшое время - порядка одного-двух миллионов лет. Это тоже довольно длительный срок с нашей человеческой точки зрения, но в астрономическом масштабе, при том что звезды нынешнего поколения живут десятки миллиардов лет, особенно карликовые звезды, один-два миллиона лет для жизни звезды - это просто исчезающе маленькая величина.
Если вот принять такую шкалу времени, тогда можно понять, почему с такой быстротой образовывались и первые галактики, и росла металличность на первых звездах. В общем, вот это одна из возможных версий того, почему так всё происходило. Но как найти эти первые звезды? Ведь они должны были существовать буквально в самом начале эпохи реонизации, то есть спустя пару сотен миллионов лет после большого взрыва. Даже на такую глубину заглянуть в прошлое не может, так что пока у нас разглядеть сами первые звезды шанс маленький.
Зато есть возможность, оказывается, увидеть то, что можно назвать золой, продукты их взрыва, продукты - то, что осталось, когда эти звезды взорвались. Каким образом это можно увидеть? А вот каким... Получается, что при таких огромных массах, еще раз напомню, массы первых звезд оцениваются в сотни и, может быть, даже до 1000 солнечных масс, при таких огромных массах взрывы этих свихтовых должны были оказываться низкоэнергетическими, а следствие этого - межзвездное вещество обогащалось в основном оболочками этих звезд.
Слетали оболочки, а в оболочках находились еще не очень тяжелые элементы; там оболочки были обобщены углеродом, кислородом, кремнием, вот такими веществами. А, собственно говоря, железо, главный металл, оно оставалось в ядре, его было очень немного. Поэтому получается, что химический след, образованный первыми сверхновыми звездами первого поколения, так называемое население 3, у нас есть такой термин, должен быть очень специфическим. Там должно быть довольно много, повышенное содержание вот этих вот сравнительно легких элементов: углерода в основном, кислорода и некоторых других, и мало железа.
Вот оказывается, что действительно самые древние звезды, которые мы наблюдаем и в нашей галактике, и в окрестных галактиках, они отличаются именно этим свойством. Они даже имеют такое специальное название - обогащенные углеродом, низкометалличные звезды; там мало железа и много углерода. Недавно открытая самая старая популяция звезд нашей галактики, я тоже где-то рассказывал об этом, недавно обнаруженная в около Центральной области нашей галактики, обладает именно такими свойствами.
Что было сделано совсем недавно? Были исследованы газовые облака на очень больших Z, на очень больших красных смещениях, то есть газовые облака в ранней Вселенной. Каким образом? Прежде всего они были исследованы сами-то; они не светятся, и они очень разреженные, в них не образуются новые звезды из-за очень маленькой плотности. Открыты они были, опять-таки, способом, который я уже описывал в одном из прежних роликов: далекие квазары, совсем далекие, на Z порядка [музыка] 7-8, использовались как маяки.
Свет этих квазаров проходит через более близкие к нам вот эти вот межзвездные облака, и там поглощается. И, поэтому, по поглощению, по линиям поглощения, мы можем судить о том, из чего состоят вот эти вот звездные облака. Таким методом, на очень большом телескопе, было исследовано несколько десятков облаков достаточно ранней вселенной, и среди них было найдено три, по-моему, из 30, имеющие вот ровно такой состав, о котором мы сейчас рассказали: много углерода, мало железа.
Получается, что это облака, состоящие из вот этой золы, этого пепла первых звезд во Вселенной, из которых не образовались звезды следующих поколений из-за маленькой плотности, и которая вот так, в общем, там плавает в этой ранней Вселенной, видимо, на тех местах, где когда-то взорвались звезды первого поколения, звезды населения 3.
Согласуется с этими результатами еще одна тоже совсем недавняя работа, она опубликована. Здесь зашли немножко с другой стороны. У нас есть такая, тоже достаточно трудно решаемая загадка - загадка химического состава звезд шаровых скоплений. Всем любителям астрономии наверняка известно, что существуют такие очень древние, очень массивные скопления звезд, имеющие форму огромных; это шаровые скопления. Они очень богаты звездами, в то время как рассеянное скопление содержит там от десятков до тысяч звезд.
Шаровые скопления содержат сотни тысяч звезд, до миллиона звезд. В шаровом скоплении это совершенно гигантское образование, и образование очень старое, поскольку, все-таки, это скопление, они должны быть объединены общим рождением. А тогда надо ожидать, что звезды шаровых скоплений будут достаточно однородны в смысле своего химического состава. Так вот, этого почему-то не наблюдается - большие различия в химическом составе.
Одно из объяснений такой аномалии заключается в том, что можно предположить, что в центрах скоплений, как очень старых объектов, как раз и находились вот такие сверхмассивные звезды первого поколения. И дальше, из-за неравномерности звездного ветра с поверхности этих гигантских звезд в разных направлениях, химический состав мог оказываться действительно несколько разным. Вот это одно из возможных объяснений вот такой химической аномалии шаровых скоплений.
Что было сделано? Были проведены с помощью телескопа Джеймса Уэбба наблюдения вот этой галактики, которую вы сейчас видите у себя на экранах, труднопроизносимым цифровым обозначением, которая была открыта еще телескопом Хаббла. И в те времена считалось одной из самых дальних наблюдаемых галактик. Это просто какая-то амёбообразное изображение. Видите, там нет, конечно, никакой структуры, никакой формы; ничего там не видно, никаких деталей не видно, уж тем более не видно отдельных звезд.
Но химический состав этой галактики очень близок к тем аномалиям, которые наблюдаются в шаровых скоплениях. Отсюда возникла идея, что в этой очень ранней галактике уже есть шаровые скопления, в которых мы, правда, не видим по отдельности, но по вот этим химическим следам мы можем заключить, что они очень близки к составу тех скоплений, которые наблюдаем поблизости. Так вот, там уже есть шаровые скопления.
В недрах этих скоплений тогда действительно хорошо представить себе вот эти звезды первого поколения. Это как бы еще одно косвенное доказательство существования таких сверхмассивных звезд в центрах живых. И уж совсем под конец вот фотография, полученная телескопом Хаббла. Это одно из близких шаровых скоплений, которые уже прекрасно разрешаются на звезды. В нем уже все хорошо видно, поскольку это близкое шаровое скопление, так вот в этом шаровом скоплении измерения показывают, что в центре этого скопления скорее всего находится черная дыра средней массы, которую легко себе представить, образовавшейся из сверхмассивной звезды первого поколения.
То есть еще один пункт, который укладывается в ту же самую схему. Подводя итог под всем этим, можно сказать вот что: знаете, как получилось с моей точки зрения? Просто интересно. Мы не можем видеть звезд первого поколения, неизвестно, когда мы сможем увидеть, но мы с достаточно большой вероятностью после взрыва остатки, золу, пепел звезд первого поколения видим. Как это, как бы, впечатано в спектральной характеристике первых галактик и облаков. Будем ждать, что будет получаться из этого дальше. Счастливо! Подписывайтесь. [музыка]