Что появилось раньше, галактики или планеты? Ответом всегда были галактики, но новые исследования меняют эту идею.
Могли ли обитаемые планеты действительно образоваться до того, как появились галактики?
Сразу после Большого взрыва тяжелых элементов не было. Был только водород, составлявший около 75% массы, и гелий, составлявший оставшиеся 25%. (Вероятно, там были также следы лития, даже бериллия.) Не было ничего тяжелее, а это означало, что не из чего могли формироваться каменистые планеты. Через несколько сотен миллионов лет образовались первые звезды и галактики.
По мере того, как последующие поколения звезд жили и умирали, они создавали более тяжелые элементы и распространяли их по Вселенной. Только после этого из каменистых планет могли образоваться и, как следствие, обитаемые планеты. Это аксиома в астрономии.
Однако новое исследование, которое еще не опубликовано, предполагает, что обитаемые миры могли сформироваться на ранних стадиях Космического Рассвета, до формирования галактик. Ее название — «Обитаемые миры, сформировавшиеся на Космическом рассвете», и она доступна на сайте допечатной подготовки arxiv.org. Ведущий автор — Дэниел Уэйлен из Института космологии и гравитации Портсмутского университета в Великобритании.
Исследование основано на первичных сверхновых — первых звездах во Вселенной, которые взорвались. Эти массивные звезды жили быстро и умерли молодыми в результате катастрофических взрывов. Они достигли максимума при красном смещении около 20, когда чрезвычайно массивные звезды популяции III взорвались как сверхновые с парной нестабильностью. Моделирование показывает, что эти звезды образовались в гало темной материи, где температура позволяла собирать большое количество молекулярного водорода.
По словам Уэлена и его коллег-исследователей, когда эти звезды взорвались, после этого образовались звезды малой массы. Вокруг этих звезд образовались планетезимали, что привело к образованию потенциально обитаемых скалистых миров. Все это произошло до того, как образовались первые галактики. Эти результаты основаны на моделировании, которое исследовательская группа провела с Энцо.
Все начинается с формирования звезды массой около 200 солнечных. Она живет всего около 2,6 миллиона лет, прежде чем взорвется как сверхновая PI. Взрыв обогащает пузырь сверхновой до высокой металличности. В результате гидростатическая нестабильность привела к тому, что примерно 3 миллиона лет спустя сформировалось плотное ядро с массой 35 солнечных.
«Все известные предпосылки для формирования планет в этом ядре выполняются: рост пыли, усиление пыли в мертвой зоне, возникновение потоковой неустойчивости и превращение пыли в планетезимали», — поясняют авторы.
Вот чем это исследование отличается от предыдущих. Поскольку сверхновая PI взрывается и создает газ с высокой металличностью, газ остывает быстрее. Это позволяет следующей звезде сформироваться раньше, а значит, и планетезималям и планетам.
В конце концов образовалась протозвезда с массой 0,3 Солнца. Затем на расстоянии 0,46–1,66 а.е. от своей звезды сформировались планетезимали. Жизнь нуждается в воде, и моделирование исследователей также показало, что молодая Солнечная система содержала такое же количество воды, как и наша собственная Солнечная система.
Планетезимали образовались в околозвездном диске вокруг маломассивной звезды и со временем объединились, образовав планеты. Поскольку первоначальные первичные сверхновые создали такие элементы, как углерод, кислород и железо, вероятно, присутствовали все необходимые ингредиенты для образования каменистых планет и даже жизни.
Примечательно то, что это могло произойти до того, как образовались первые галактики. Если это правда, это изменило бы наше понимание Вселенной и жизни. Однако это всего лишь одна симуляция. Как наблюдения могут подтвердить это?
«Эти планеты могут быть обнаружены как вымершие миры вокруг древних, бедных металлами звезд в Галактике в ходе будущих исследований экзопланет», — пишут Уилан и его коллеги-исследователи в своей статье.
По мнению авторов, если бы условия были подходящими, каменистые планеты могли бы образоваться даже раньше, чем показывает их моделирование. Если это правда, то это меняет весь ход событий в эволюции Вселенной.
Однако это лишь одно исследование. И это зависит от первичных сверхновых. Они вообще существовали? По крайней мере, есть некоторые доказательства того, что они это сделали.
Очевидно, что попытка наблюдать первичные сверхновые чрезвычайно сложна. Они произошли так давно, что чрезвычайно далеки и слабы. Вероятно, это невозможно при нынешних технологиях.
Кроме того, существует большая неопределенность относительно звезд населения III, которые были прародителями первичных сверхновых. Их точные массы, время жизни и механизмы взрыва неизвестны. У астрономов нет четкого понимания экстремальных условий ранней Вселенной. Она все еще развивается, как и наше понимание сверхновых. В совокупности это большая неопределенность.
Тем не менее, все эти проблемы не означают, что первичных сверхновых не существовало. Поэтому астрономы не могут их исключить, как и не могут исключить очень ранние обитаемые планеты.
При нынешнем положении вещей нет никакого способа доказать или опровергнуть это исследование. Однако это открывает другое направление мышления и новые возможности.
