Странная звезда без большого количества железа, но имеющая тонны цинка, указывает на то, что некоторые из самых первых сверхновых могли взорваться асимметрично.
Это моделирование показывает, как могли выглядеть самые ранние сверхновые Вселенной. На приведенном выше снимке, который показывает форму сверхновой через 50 секунд после ее первоначального взрыва, выделены две мощные струи, которые выбрасывают тяжелые элементы, такие как цинк (зеленые точки), далеко в космос
Первые звезды Вселенной были чрезвычайно горячими и невероятно большими, часто достигая массы Солнца в сотни раз. И поскольку они образовались всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, эти кипящие гиганты практически не содержали элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, которые были единственными материалами, легко доступными в то время. Но из-за их значительного роста первые звезды также жили быстро и умирали - всего за пару миллионов лет до того, как они взорвались как мощные сверхновые.
Когда эти первые звезды быстро израсходовали свое топливо, они превратили более легкие элементы в более тяжелые, такие как углерод, железо и цинк. Затем, во время своей драматической смертельной муки, они взорвались и выплеснули всю свою энергию и материю наружу в космос, засеяв следующее поколение звезд тяжелыми элементами.
Теперь, новое исследование, опубликованное на этой неделе в «Астрофизическом журнале», предполагает, что эти сверкающие монстры были особенными по другой причине: когда они взорвались, они не просто взорвались как обычные сферические сверхновые. Вместо этого в результате взрывов возникли сильные струи, которые извергали материал со скоростью свыше 90 миллионов миль (145 миллионов километров) в час - или около 13 процентов скорости света. Эти струи, говорят исследователи, позволили некоторым тяжелым элементам (называемым металлами), пойманным в ловушку внутри звезд, проникнуть в соседние галактики, в том числе в начинающийся Млечный Путь.
«Это первое наблюдение, свидетельствующее о том, что такая асимметричная сверхновая имела место в ранней вселенной», - сказала в пресс-релизе ведущий автор постдока в Массачусетском технологическом институте Рана Эззеддин. «Это меняет наше понимание того, как взорвались первые звезды».
Чтобы провести исследование, исследователи использовали спектрограф на космическом телескопе Хаббла, чтобы исследовать своеобразную звезду, известную как HE 1327-2326, расположенную на расстоянии около 5000 световых лет в гало Млечного пути. В то время как первые звезды называются звездами Населения III, HE 1327-2326 является членом следующей волны, называемой звездами Населения II. Как и звезды Pop III, звезды Pop II содержат относительный недостаток тяжелых элементов.
«Небольшие звезды, которые сформировались как второе поколение, все еще доступны сегодня, и они сохраняют ранний материал, оставленный этими первыми звездами», - сказала физика Анна Фребель из Массачусетского технологического института, открывшая HE 1327-2326 еще в 2005 году. «Наша звезда [ В ОН 1327-2326] имеет только несколько элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, поэтому мы знаем, что он должен был образоваться как часть второго поколения звезд ».
В этом случае «окропление» может быть преувеличением. До 2014 года HE 1327-2326 удерживал звание звезды с наименьшим известным содержанием железа - общий показатель общего количества металла в звезде. На самом деле, HE 1327-2326 содержит в несколько сотен тысяч раз меньше относительного железа, чем Солнце.
Но, несмотря на дефицит железа, исследователи обнаружили, что HE 1327-2326 содержит на удивление много цинка. «Я помню, как получал данные и видел, как выпала эта цинковая линия, и мы не могли поверить в это, поэтому мы переделывали анализ снова и снова», - сказал Эззеддин. «Мы обнаружили, что независимо от того, как мы это измерили, мы получили это действительно сильное изобилие цинка».
Как показали предыдущие исследования, очень бедные металлом звезды с очень небольшим количеством железа часто показывают относительный избыток цинка, и это особенно верно для HE-1327-2326.
После подтверждения того, что HE 1327-2326 заполнен цинком, исследователи решили выяснить, почему. Для этого они провели десятки тысяч имитаций звезд Pop III, которые взрывают и сеют звезды следующего поколения. Хотя было проведено несколько симуляций сферических сверхновых, которые точно воспроизводили чрезвычайно низкое содержание железа, наблюдаемое в HE 1327-2326, ни одно из них не смогло воспроизвести наблюдаемый сигнал цинка. Это эффективно исключало возможность того, что сферическая сверхновая давала HE 1327-2326 дополнительный цинк.
Вместо этого они пришли к выводу, что единственный вероятный способ, которым ОН 1327-2326 мог получить только такое количество цинка, при этом одновременно имея так мало железа, - это если бы оригинальная звезда Pop III взорвалась асимметрично, выпустив свой цинк с чрезвычайно мощными струями.
«Когда звезда взрывается, некоторая часть этой звезды всасывается в черную дыру, как пылесос», - сказал Фребель. «Только когда у вас есть какой-то механизм, например, струя, которая может вырвать материал, вы сможете наблюдать этот материал позже в звезде следующего поколения. И мы верим, что именно это и могло произойти здесь ».
Но эти сверхновые звезды Pop III не просто особенные, потому что они генерировали струи, они также наносили больший удар, чем большинство сверхновых, которые мы видим сегодня.
«Мы обнаружили, что эта первая сверхновая была гораздо более энергичной, чем думали раньше, примерно в 5-10 раз больше», - сказал Эззеддин. «На самом деле, прежняя идея о существовании диммерной сверхновой для объяснения звезд второго поколения, возможно, скоро придется отойти от дел».
«Рабочая гипотеза состоит в том, что, возможно, звезды второго поколения такого рода образовались в этих загрязненных девственных системах, а не в той же самой системе, что и сам взрыв сверхновой, что всегда было тем, что мы предполагали, не думая иначе», - сказал он. Фребель: «Итак, это открывает новый канал для раннего звездообразования».
