Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) в очередной раз нашел доказательства того, что ранняя Вселенная была гораздо сложнее, чем мы думали. На этот раз он обнаружил следы атомов углерода в галактике, которая образовалась всего через 350 миллионов лет после Большого взрыва — одной из самых ранних галактик, когда-либо наблюдавшихся.
«Предыдущие исследования показали, что углерод появился в больших количествах относительно поздно – примерно через миллиард лет после Большого взрыва», – сказал профессор Роберто Майолино из Института Кавли. «Но мы обнаружили, что углерод возник гораздо раньше — возможно, это даже самый древний металл из всех».
Астрономы называют «металлом» любой элемент тяжелее водорода или гелия, и удивительно, что такие металлы, как углерод, были открыты так рано. Углерод, конечно, является одним из строительных блоков жизни на Земле, но он также играет роль в формировании галактик и солнечных систем. Это один из материалов, которые накапливаются в протопланетных дисках вокруг звезд и могут стать планетами, лунами и астероидами.
Однако астрономы не ожидали, что этот процесс произойдет так рано.
Когда первые звезды (так называемые звезды Населения III) родились в эпоху Вселенной, известную как Космические Сумерки, единственными распространенными элементами были водород и гелий. Всех более тяжелых элементов еще не существовало. Они смогли сформироваться позже внутри звездных ядер и поэтому их можно было обнаружить только спустя много времени после смерти первых звезд.
Умирающие звезды Популяции III, которые взрываются как сверхновые, выбрасывая свои более тяжелые элементы во Вселенную, позволяя будущим звездным популяциям эволюционировать в каменистые планеты с более интересной химией.
Считается, что рассматриваемая галактика, названная GS-z12, состоит в основном из звезд второго поколения, образовавшихся из остатков этих первых сверхновых. Астрономы не ожидали, что строительные блоки галактики будут богаты углеродом:
«Мы были удивлены, обнаружив углерод так рано во Вселенной, поскольку считалось, что самые ранние звезды производят гораздо больше кислорода, чем углерода», — сказал Майолино. «Мы думали, что углерод был обогащен гораздо позже, посредством совершенно других процессов, но тот факт, что он появляется так рано, говорит нам о том, что самые первые звезды могли функционировать совсем по-другому».
Используя спектрограф ближнего инфракрасного диапазона JWST, астрономы смогли разложить свет далекой галактики на его компоненты, выявив все присутствующие длины волн. Каждый элемент и химическое соединение имеют свою собственную подпись при спектроскопическом рассмотрении, и сигнал углерода был очень сильным. Был также более слабый сигнал для неона и кислорода, но эти данные пока остаются предварительными.
Как появился углерод до появления кислорода, остается открытым вопросом, но одна гипотеза предполагает, что ученым необходимо пересмотреть свои модели сверхновых на звездах населения III. Если бы эти сверхновые возникли с меньшей энергией, чем считалось ранее, они бы рассеивали углерод из внешних оболочек звезд, в то время как большая часть присутствующего кислорода оказалась бы в ловушке внутри горизонта событий, когда звезды коллапсировали бы в черные дыры.
Независимо от того, как это произошло, сейчас имеются убедительные доказательства того, что тяжелые элементы существовали на ранних стадиях Вселенной – намного раньше, чем кто-либо подозревал. JWST раскрывает неожиданные подробности о первых галактиках, которые в конечном итоге сделают предсказания ученых об эволюции Вселенной гораздо более надежными. И, что, пожалуй, самое главное, оно также рассказывает нам о самом первом шаге возникновения жизни.
«Эти наблюдения показывают нам, что углерод мог быстро накапливаться в ранней Вселенной», — сказал Франческо Д'Эудженио из Института Кавли. «И поскольку углерод является фундаментальным для жизни, какой мы ее знаем, не обязательно верно, что жизнь во Вселенной возникла гораздо позже. «Возможно, жизнь возникла гораздо раньше — хотя, если жизнь существует где-то во Вселенной, она могла развиваться совсем иначе, чем здесь, на Земле».
Узнайте больше:
«Самое раннее обнаружение металла бросает вызов нашим знаниям о первых галактиках» Кембриджского университета.
Д'Эудженио и др. «ДЖЕЙДС: Накопление углерода через 350 миллионов лет после Большого взрыва в богатой газом галактике». Астрономия и астрофизика).
