Новое исследование предполагает, что ранняя Вселенная была переполнена звездами, в 10 000 раз превышающими размеры нашего солнца.

Новое исследование показало, что масса первых звезд в космосе, возможно, превышала массу Солнца более чем в 10 000 раз, что примерно в 1000 раз больше, чем у самых больших звезд, живущих сегодня.

В настоящее время самые большие звезды имеют массу 100 солнечных. Но ранняя Вселенная была гораздо более экзотическим местом, наполненным мегагигантскими звездами, которые жили быстро и умерли очень, очень молодыми, как обнаружили исследователи.

Источник: https://www.livescience.com/

Новое исследование предполагает, что ранняя Вселенная была переполнена звездами, в 10 000 раз превышающими размеры нашего солнца
(ЕКА) An artist’s impression of the early universe, showing the first bursts of star and galaxy formation at the center.

Космические темные века

Более 13 миллиардов лет назад, вскоре после Большого взрыва, во Вселенной не было звезд. Там не было ничего, кроме теплого бульона из нейтрального газа, почти полностью состоящего из водорода и гелия. Однако на протяжении сотен миллионов лет этот нейтральный газ начал скапливаться во все более плотные шары материи. Этот период известен как космические темные века.

В современной вселенной плотные шары материи быстро коллапсируют, образуя звезды. Но это потому, что в современной вселенной есть то, чего не хватало ранней вселенной: множество элементов тяжелее водорода и гелия. Эти элементы очень эффективно отводят энергию. Это позволяет плотным скоплениям очень быстро сжиматься, коллапсируя до достаточно высокой плотности, чтобы запустить ядерный синтез – процесс, который питает звезды путем объединения более легких элементов в более тяжелые.

Но единственный способ получить более тяжелые элементы в первую очередь — это тот же самый процесс ядерного синтеза. Многочисленные поколения звезд, формирующихся, сливающихся и умирающих, обогатили космос до его нынешнего состояния.

Не обладая способностью быстро выделять тепло, первое поколение звезд должно было формироваться в совершенно иных и гораздо более сложных условиях.

Холодные фронты

Чтобы разобраться в загадке этих первых звезд, команда астрофизиков обратилась к сложному компьютерному моделированию темных веков, чтобы понять, что происходило тогда. Они сообщили о своих выводах в январе в статье, опубликованной в базе данных препринтов arXiv и отправленной на рецензирование в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.

В новой работе представлены все обычные космологические ингредиенты: темная материя, способствующая росту галактик, эволюция и слипание нейтрального газа, а также излучение, которое может охлаждать, а иногда и повторно нагревать газ. Но их работа включает в себя то, чего не хватало другим: холодные фронты – быстро движущиеся потоки охлажденного вещества, — которые врезаются в уже сформированные структуры.

Исследователи обнаружили, что образованию первой звезды предшествовала сложная сеть взаимодействий. Нейтральный газ начал собираться и слипаться. Водород и гелий выделяли немного тепла, что позволяло сгусткам нейтрального газа медленно достигать более высокой плотности.

Но сгустки высокой плотности становились очень теплыми, производя излучение, которое расщепляло нейтральный газ и предотвращало его фрагментацию на множество более мелких сгустков. Это означает, что звезды, состоящие из этих скоплений, могут стать невероятно большими.

Сверхмассивные звезды

Эти возвратно-поступательные взаимодействия между излучением и нейтральным газом привели к образованию массивных скоплений нейтрального газа – зачатков первых галактик. Газ глубоко внутри этих протогалактик образовал быстро вращающиеся аккреционные диски – быстротекущие кольца материи, которые формируются вокруг массивных объектов, включая черные дыры в современной Вселенной. 

Тем временем на внешних краях протогалактик обрушились холодные фронты газа. Самые холодные, самые массивные фронты проникали сквозь протогалактики вплоть до аккреционного диска.

Эти холодные фронты врезались в галактики, быстро увеличив их массу и плотность до критического порога, тем самым позволив появиться первым звездам.

Те первые звезды были не просто обычными термоядерными фабриками. Они представляли собой гигантские сгустки природного газа, воспламеняющие свое термоядерное ядро одновременно, минуя стадию разложения на мелкие кусочки. Образовавшаяся в результате звездная масса была огромной.

Первые звезды были бы невероятно яркими и имели бы чрезвычайно короткий срок службы, менее миллиона лет. (Звезды в современной вселенной могут жить миллиарды лет). После этого они погибли бы в яростных вспышках взрывов сверхновых. 

Эти взрывы должны были нести продукты внутренних реакций термоядерного синтеза – элементы тяжелее водорода и гелия, – которые затем положили начало следующему витку звездообразования. Но теперь, загрязненный более тяжелыми элементами, процесс не мог повториться, и эти монстры никогда больше не появятся на космической сцене.