Наблюдение самых ранних звезд — один из Святых Граалей астрономии. Теперь команда из Университета Гонконга под руководством астронома Джейн Ликсин Дай предлагает новый метод их обнаружения. Если это сработает, этот подход обещает открыть окно в создание самого космоса.
Первые звезды во Вселенной образовались вскоре после Большого взрыва. Астрономы называют их звездами «Населения III» (или звездами Популяции III). Они отличаются от Солнца и других звезд современного космоса по разным причинам. Они были созданы преимущественно из водорода и гелия новорожденного космоса. Оттуда они очень быстро выросли до огромных размеров и массы. Этот рост имел свою цену. У этих звезд была очень короткая жизнь, потому что они очень быстро израсходовали свое ядерное топливо. Однако синтез в их ядре и обстоятельства их смерти создали первые элементы тяжелее водорода и гелия. Эти новые элементы стали семенами для следующих поколений звезд.
Так почему же мы не можем обнаружить этих ранних звездных гигантов? Во-первых, они существовали слишком далеко, слишком рано в истории, и их свет очень тусклый. Это не значит, что они неузнаваемы. Астрономам просто нужны передовые методы и технологии для их обнаружения.
Так вы «увидите» первые звезды
Команда профессора Дая только что опубликовала исследование, предполагающее связь между этими первыми звездами и близлежащими черными дырами. Короче говоря, они изучали, что происходит, когда звезда Поп-III взаимодействует с черной дырой. По сути, его разрывают на куски и пожирают. Это делает, например, сверхмассивная звезда в центре нашего Млечного Пути — Стрелец А*. У него есть привычка разрывать звезды, которые подошли слишком близко. Когда происходит такое приливное событие (TDE), оно высвобождает огромное количество радиации. Когда то же самое происходит в другой галактике – независимо от того, насколько далеко – свет от этого события можно обнаружить. Как оказалось, эти приливные разрушения обладают интересными и уникальными свойствами, которые используются для вывода о существовании древних звезд Поп III.
«Поскольку энергичные фотоны приходят с очень больших расстояний, временной масштаб вспышки увеличится из-за расширения Вселенной. Эти вспышки TDE будут возникать и затухать в течение очень длительного периода времени, что отличает их от TDE звезд типа Солнца в соседней Вселенной», — сказал Дай.
Кроме того, по словам коллеги Дая Рудрани Кар Чоудхури, расширение Вселенной приводит к увеличению длины волны света от вспышек. «Оптический и ультрафиолетовый свет, излучаемый TDE, преобразуется в инфракрасное излучение, когда достигает Земли», — сказал Чоудхури. Это излучение — именно тот тип света, для наблюдения которого создаются новые поколения телескопов.
Ищите первые звезды с помощью современных телескопов.
Этот метод обнаружения идеально подходит для JWST и будущих телескопов Нэнси Грейс Роман. Оба оптимизированы для обнаружения темных удаленных объектов в инфракрасном диапазоне. Они должны быть в состоянии обнаружить растянутый свет тех давно исчезнувших звезд Поп-III, которым не повезло столкнуться с черной дырой. В частности, римский телескоп будет использовать свой широкоугольный инструмент для обнаружения слабого инфракрасного света звезд, образовавшихся в самые ранние эпохи космического времени.
Астрономы обычно предполагают, что эти первые звезды образовались примерно через сто миллионов лет после Большого взрыва. В этот момент чрезмерно плотные области, наполненные водородом и гелием, начали испытывать гравитационный коллапс. Звезды, сформировавшиеся на этих первых горизонтах рождения, полностью состояли из водорода и гелия — другими словами, они «не содержали металлов». Они жили, возможно, несколько миллионов лет, прежде чем взорвались как катастрофические сверхновые. (Для сравнения: Солнце существует уже около 4,5 миллиардов лет, и ему осталось еще несколько миллиардов лет, прежде чем оно станет красным гигантом, а затем белым карликом.) Более тяжелые элементы, образовавшиеся в этих первых звездах, были выброшены в космос и обогатили близлежащие молекулярные облака углеродом, кислородом, азотом и другими элементами. Некоторые из крупнейших первых звезд, возможно, непосредственно коллапсировали и образовали черные дыры.
Открытие этих первых звезд и излучаемого ими света (особенно в результате возможного взаимодействия с ранними черными дырами) даст астрономам удивительное понимание условий в ранней Вселенной. Несмотря на то, что эти звезды давно исчезли, телескопы JWST, Roman и другие могут заглянуть в прошлое и увидеть их слабый инфракрасный свет. Если метод Дая сработает, эти телескопы смогут открывать десятки звезд Поп-III в год.
Для получения дополнительной информации
Астрофизики HKU открыли новый метод поиска первых звезд
Обнаружение звезд населения III по приливным возмущениям в эпоху JWST и римского космического телескопа RomanNancy Grace
