Анализируя данные с телескопа Gemini North, международная группа ученых, похоже, обнаружила следы самых первых звезд, появившихся спустя всего сотни миллионов лет после Большого взрыва. Хотя самих звезд первого поколения давно нет, остатки их сверхновых косвенно подтверждают правильность современных космологических моделей эволюции Вселенной.
Согласно современным представлениям в космологии, после Большого взрыва, по мере расширения Вселенной, происходил так называемый первичный нуклеосинтез. В результате него образовались первые химические элементы — в основном водород и гелий. Звезды первого поколения, также известные как звездное население III, рождались именно из такого первичного газа, практически не включая в свой состав металлы (в космологии это любые элементы тяжелее гелия).
Самые первые звезды должны были быть крайне массивными, порядка сотен масс Солнца, и образовываться спустя всего 100 миллионов лет после Большого взрыва. Из-за своих размеров эти гиганты должны были жить совсем недолго, всего около миллиона лет, что более чем в десять тысяч раз меньше предполагаемой продолжительности жизни нашего Солнца. В конце своего жизненного цикла звезды первого поколения вспыхивали исключительно яркими сверхновыми, заполняя межзвездное пространство характерной смесью тяжелых химических элементов.
Несмотря на десятилетия усердных поисков, астрономы до сих пор не нашли прямых доказательств существования, описываемых пока только в теории, первых звезд во Вселенной. Новую попытку обнаружить если не сами звезды первого поколения, то хотя бы их остатки, предприняла международная группа ученых из Японии, США и Австралии. Свои наблюдения исследователи описали в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal.
Используя данные с телескопа Gemini North, авторы работы проанализировали сигнал, исходящий от самого далекого известного квазара ULAS J1342+0928, расположенного в созвездии Волопаса. При анализе ученые применили новый метод определения химических элементов, содержащихся в облаках газа, окружающих квазар. Элементный состав газа был крайне нетипичен: содержание железа там было в 20 раз выше, чем у Солнца, а отношение содержания магния к железу оказалось существенно ниже, чем у любого другого облака газа у более близких квазаров.
Обнаруженные особенности позволили ученым предположить, что облако образовалось в результате взрыва звезды первого поколения парно-нестабильной сверхновой. Такие события возникают, когда фотоны в недрах массивных звезд (в 150–250 раз массивнее Солнца) начинают порождать электрон-позитронные пары, что провоцирует коллапс и последующий взрыв сверхновой.
«Для меня было очевидно, что кандидатом на роль сверхновой будет парно-нестабильная сверхновая звезды населения III, в результате которой звезда полностью разрушается, не оставляя после себя ни нейтронной звезды, ни черной дыры, — отметил ведущий автор исследования Юзуру Ёшии (Yuzuru Yoshii). — Я был рад и несколько удивлен, обнаружив, что моделирование парно-нестабильной сверхновой звезды с массой примерно в 300 раз больше массы Солнца обеспечивает такое отношение содержания магния к железу, которое согласуется с низким значением, полученным для сигнала от квазара».
Если исследователям действительно удалось найти свидетельство существования одной из звезд первого поколения, это послужит очередным косвенным доказательством правильности современных космологических моделей эволюции Вселенной. Однако сначала нужно проверить предложенную в работе интерпретацию сигнала, полученного от квазара ULAS J1342+0928, более тщательно. Помимо этого, потребуется гораздо больше наблюдательных данных, чтобы найти другие объекты с аналогичными характеристиками.