Ми не знаємо, якими були перші зірки у Всесвіті. Вдивляючись у далекі куточки раннього Всесвіту, ми побачили лише сліди їх присутності .
Але нова лінія доказів, простежених на зображеннях космічного телескопа Джеймса Вебба, здається, узгоджується з нещодавньою ідеєю, яка набирає обертів: невдовзі після появи перших зірок – якщо не серед них – були теплові кулі, що працюють на термоядерному синтезі. і люті, які були абсолютними колосами з масами до 10 000 Сонць.
«Сьогодні, завдяки даним, зібраним космічним телескопом Джеймса-Вебба, ми вважаємо, що знайшли першу підказку присутності цих незвичайних зірок», — каже астрофізик Корін Шарбонель з Женевського університету в Швейцарії.
Першою частиною цієї головоломки є тип зоряної групи, яка називається кульовим скупченням. Їх відносно багато в локальному Всесвіті; у Чумацькому Шляху налічується близько 157 об’єктів , які класифікуються як кульові скупчення. Це дуже щільні сферичні скупчення, які містять від 100 000 до 1 мільйона зірок; і всі ці зірки мають дуже схожі хімічні властивості, що свідчить про те, що вони народилися приблизно в один час, з однієї хмари газу.
Вони також часто складаються з дуже старих зірок на порозі смерті; астрономи вважають ці стародавні кульові скупчення “скам’янілостями” раннього Всесвіту та вивчають їх, щоб дізнатися про хімію минулих еонів.
Але в цих старих кульових скупченнях є щось справді дивне. Вони демонструють коефіцієнти хімічного вмісту, які відрізняються від зірки до зірки, і їх важко пояснити : збагачення гелієм, азотом і натрієм і відносне збіднення вуглецю та кисню.
Пояснення, яке найкраще відповідає цим надлишкам, полягає в горінні водню при надзвичайно високих температурах. У 2013 році дослідники припустили, що одним із можливих способів досягнення таких високих температур є ядра масивних зірок . Дуже масивні зірки. Надмасивна, навіть, приблизно в 10 000 сонячних мас, з ядрами, набагато гарячішими та під значно вищим тиском, ніж у зірок, які ми бачимо навколо нас сьогодні.
Шарбоннель та її колега Марк Гілес, які раніше працювали в Університеті Суррея, а тепер в Університеті Барселони в Іспанії, у 2018 році визначили , що можливо зоряний вітер, який випромінюють ці зірки, «забруднив» міжзоряне середовище кульових скупчень цими речовинами. елементів. Тим часом триваючі зіткнення з меншими зірками поповнили масу зірки. Будь-які зірки, народжені із забрудненого міжзоряного матеріалу, успадкували б надлишок хімічних речовин, засіяний надмасивними зірками в ранньому Всесвіті.
На жаль, ці старі зірки-забруднювачі давно мертві, їхнє світло від сусідніх скупчень давно зникло з поля зору.
«Вік кульових скупчень становить від 10 до 13 мільярдів років, тоді як максимальна тривалість життя суперзірок становить два мільйони років», — каже Гілес . «Тому вони дуже рано зникли з кластерів, які зараз можна спостерігати. Залишилися лише непрямі сліди».
Все дуже охайно і охайно; але потрібні були додаткові докази спостережень. А потім JWST подивився на дуже-дуже далеку галактику: GN-z11, що ховається лише через 440 мільйонів років після Великого вибуху , світло якої лише зараз досягає нас після 13,3 мільярдів років подорожі крізь розширення простору.
Ми знаємо про GN-z11 кілька років , але JWST – найпотужнішому космічному телескопу, коли-небудь створеному – знадобилося, щоб проаналізувати спектр світла, яке він посилає нам у просторі та часі.
Дані, які надійшли, виявилися досить дивними. Міжзоряне середовище GN-z11 суттєво збагачене азотом порівняно з киснем, із коефіцієнтом надлишку, який більш ніж у чотири рази перевищує сонячний… цікаво, якщо він узгоджується з утворенням кульових скупчень, які помітили астрономи.
Шарбоннель та її колеги провели ретельний аналіз і моделювання та виявили, що гігантські зірки масою приблизно від 1000 до 10 000 сонячних мас, які утворилися в результаті зіткнень дрібніших об’єктів, можуть послідовно пояснити співвідношення чисельності не лише в кульових скупченнях, але й у GN-z11 як Ну.
«Сильну присутність азоту можна пояснити лише спалюванням водню при надзвичайно високих температурах, яких може досягти лише ядро надмасивних зірок, як показано на моделях Лаури Рамірез-Галеано, студентки магістратури в нашій команді», – Шарбоннель пояснює .
Докази далеко не переконливі, але вони вказують нам, де шукати більше інформації. Дослідники сподіваються отримати більше даних про ранні галактики від JWST, шукаючи подібні підказки, які могли б допомогти нам ідентифікувати ці ранні зірки-чокери. У свою чергу, це може допомогти вирішити інші таємниці, наприклад, як утворилися надмасивні чорні діри в ранньому Всесвіті та якими були перші зірки у Всесвіті.
«Якщо сценарій надмасивних зірок можна підтвердити майбутніми дослідженнями, це стане важливим кроком для нашого розуміння кульових скупчень і формування надмасивних зірок загалом, що матиме численні важливі наслідки», — пишуть дослідники .
«У будь-якому випадку, особливі властивості GN-z11, щойно виявлені JWST, вимагають подальших досліджень, щоб зрозуміти фізичні процеси, що відбуваються в таких екстремальних об’єктах у ранньому Всесвіті, та їх можливий зв’язок із утворенням кульових, надмасивних зірок, потенційно також. надмасивні чорні діри серед інших».
