Фонтаны вместо взрывных облаков: стало совершенно ясным, что самые первые звезды во вселенной взорвались необычным для более поздних звезд образом. Дело в том, что их сверхновые были в десять раз мощнее, чем считалось ранее, и при этом все же были очень асимметричными. Их сверхбыстрые материальные фонтаны при этом даже достигали соседних еще беззвездных галактик, становясь причиной первых звездообразований. Об этом группа исследователей написала в журнале Astrophysical Journal.
Вот так выглядит классически симметричная сверхновая на примере Крабовидной туманности. © NASA/CXC, J.Hester & A.Loll (ASU), NASA/JPL-Caltech/ R.Gehrz (Univ. Minn.)
Первые звезды нашей вселенной засияли лишь через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. И они не только закончили «темный век» в нашем пространстве, но и создали первые более тяжелые элементы. Затем, когда эти звезды «популяции III» взорвались в сверхновых, они разбросали эти элементы по космосу, снабжая необходимыми материалами и соседние «звездные колыбели».
Но только как происходили процессы развития самых первых сверхновых в космосе, и насколько они были сильны, астрономам остается лишь предполагать. А все потому, что по причине их недолгой жизни первые звезды уже давно погасли, а видимых остатков их взрывов не осталось.
Звезда второго поколения
И вот теперь астрономы из группы Рейны Эззеддин из Массачусетского технологического института (MIT) получили новое - и удивительное - понимание исчезновения той первой звездной популяции. Посредником в получении этой информации стал не свет тех первых звезд, а один из их непосредственных преемников: звезда НЕ 1327-2326, находящаяся на расстоянии около 5000 световых лет.
«Эта звезда содержит, кроме водорода и гелия, лишь крошечные доли более тяжелых элементов», - объясняет коллега Эззеддин Анна Фребель. Например, содержание железа в НЕ 1327-2326 примерно в 400 тысяч раз ниже, чем в Солнце. Это говорит о том, что ее звездная колыбель была тоже крайне бедна металлами. «Поэтому мы знаем, что эта звезда когда-то образовалась как одна из звезд второго поколения», - говорит исследователь.
Удивительный избыток цинка
Примечательно в этом то, что элементный состав этой звезды-преемника может раскрыть информацию и о звездах популяции III, а также об их взрывном конце. Именно поэтому астрономы теперь нацелились на HE 1327-2326 с помощью спектроскопа Cosmic Origins («Космическое Происхождение») космического телескопа «Хаббл». Этот инструмент фиксирует три диапазона длин волн ультрафиолетового излучения, а также скрытые спектральные линии элементов в звездном свете.
И уже когда астрономы оценили первые данные, они обнаружили нечто удивительное: яркая линия в световом спектре показала, что эта звезда содержала необычно большое количество цинка относительно железа. «Я помню, как мы получили первые данные и увидели эту поразительную линию цинка», - говорит Эззеддин. - «Поскольку мы просто не могли в это поверить, мы повторили анализ несколько раз». Но эта довольно необычная для звезды с низким содержанием металла цинковая сигнатура каждый раз оставалась неизменной.
Два далеко разлетающихся фонтана вместо симметричного облака взрыва: сверхновые самых первых звезд в космосе, очевидно, развивались не так, как предполагалось ранее (моделирование). © Melanie Gonick
«Нормальная» сверхновая отпадает
Но откуда взялся этот цинк? Чтобы выяснить это, исследователи осуществили моделирование, в ходе которого было имитировано 10 тысяч различных вариантов первичных сверхновых и их влияние на состав последующих звезд. Результат оказался таковым: скорее слабый, классически симметричный звездный взрыв, как это предполагалось ранее в отношении первых звезд, никак не мог обеспечить такой цинковой сигнатуры в HE 1327-2326.
«Это дает нам основание статистически исключить слабые, квазисферические сверхновые в качестве источника металлов в HE 1327-2326», - уверены Эззеддин и ее команда. Фребель дополняет: «Когда звезда взрывается, часть ее материала всасывается образующейся черной дырой». И при таком развитии событий цинка, говоря простым языком, просто не хватит, чтобы объяснить его избыток в звезде-преемнике.
Сверхбыстрые фонтан
Вместо этого сверхновая, которая и обеспечила своими элементами HE 1327-2326, должна была проистекать намного сильнее и более асимметрично. «Мы подсчитали, что эта первая сверхновая должна была быть в пять-десять раз более энергонасыщенной, чем считалось ранее», - говорит Эззеддин. Кроме того, этот взрыв должен был выбросить большую часть ее материала в форме фонтанов. При этом звездные обломки мчались сквозь космос со скоростью до 40 тысяч километров в секунду.
«Это наблюдение стало первым свидетельством того, что в ранней вселенной имели место такие асимметричные сверхновые», - говорит Эззеддин. - «И это меняет наше представление о том, как взрывались самые первые звезды». Такие асимметричные взрывные фонтаны, вероятно, приводили к тому, что тяжелые элементы из звездного мусора распределялись в межзвездном газе неравномерно - и даже выбрасывались в соседние первичные галактики.
Первопричина звездообразования в соседних галактиках
«Если в дополнение к водороду и гелию имеются более тяжелые элементы, новые звезды могут образовываться гораздо легче, особенно маленькие», - говорит Фребель. По мнению астрономов, мощные струи этих самых первых сверхновых могли спровоцировать образование звезд в соседних галактиках. «Такие звезды, как НЕ 1327-2326, могли быть образованы в системах, обогащенных извне», - говорят исследователи.
Такой сценарий проливает новый свет на эпоху раннего звездообразования, а также на то, как первые тяжелые элементы распространились по всему космосу. «Устаревшая теория в отношении слабых сверхновых первых звезд скоро окончательно уйдет в небытие», - говорит Эззеддин.
0
