Телескопы - это машины времени, и астрономы используют их, чтобы найти первые звезды, когда-либо образовавшиеся во Вселенной. Эти первые поколения звезд, известные как звезды III поколения, сыграли решающую роль в формировании Вселенной, которую мы знаем сегодня.
На заре зарождения космоса еще не было звезд, которые освещали бы Вселенную. В то время, известное как "темные века", через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, образовались только самые легкие элементы - в основном водород и гелий, - которые были разбросаны по младенческой Вселенной в темной холодной дымке.
В какой-то момент в последующие сотни миллионов лет из этой водородно-гелиевой дымки появились первые звезды, осветившие Вселенную и собравшиеся в первые галактики. Этот период (с момента рождения первых звезд до примерно миллиарда лет после Большого взрыва) известен шкак эпоха реионизации.
Переход от темной Вселенной, наполненной только водородом и гелием, к современным галактикам, звездам, планетам и металлам - это суперфундаментальный процесс. Поскольку звезды поколения III были первыми и привели в движение эти основополагающие изменения во Вселенной, они создали такие условия и такое обилие элементов, из которых сформировались звезды в нашей галактике.
Те самые ранние поколения звезд, были совсем не похожи на звезды, подобные нашему Солнцу, поскольку во время их рождения миллиарды лет назад условия во Вселенной были совершенно другими. Современные звезды обычно содержат множество более тяжелых элементов, включая углерод, азот, кислород и железо, но ничего этого не было, когда рождались звезды III поколения. Более тяжелые элементы еще не успели образоваться в интенсивных космических печах, которые находятся в ядрах звезд.
Без этих дополнительных элементов в атмосферах древних звезд не было сильного звездного ветра, и они стали в среднем более массивными, чем современные звезды. Это также означает, что они были горячими и яркими, с коротким сроком жизни. Поэтому сегодня мы не видим их вокруг себя - они давно умерли. Когда звезды III поколения умирали, они производили металлы, а затем засевали Вселенную этими элементами для будущих поколений.
Но как мы можем изучать звездных предков, погибших миллиарды лет назад? Благодаря конечной скорости света, ему требуется время, чтобы добраться до нас из далекого космоса. Это превращает телескопы в своеобразную "машину времени", в которой далекие объекты выглядят так, как они выглядели в прошлом, когда свет только начал свой долгий путь. Если звезда находится на расстоянии четырех световых лет от нас (например, наша ближайшая соседка Проксима Центавра), мы видим ее такой, какой она была четыре года назад. Для звезды, находящейся на расстоянии 12 миллиардов световых лет, мы увидим ее такой, какой она была 12 миллиардов лет назад, примерно в эпоху реионизации, хотя это гораздо более сложное наблюдение. На самом деле, это настолько сложно, что мы до сих пор не видели ни одной звезды III поколения.
Отчасти это трудно сделать потому, что все в далекой Вселенной очень красное. Поскольку буквально сама ткань пространства-времени растягивается, она растягивает и световые волны на пути к нам, смещая их в инфракрасную или даже микроволновую часть электромагнитного спектра. Это означает, что нам понадобится специализированный телескоп для наблюдения в инфракрасном диапазоне, чтобы обнаружить эти самые ранние звезды и галактики. И астрономы получили самый большой и лучший телескоп, когда-либо созданный для этой цели: космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST).
Телескоп Уэбба не может дотянуться до самого начала Вселенной, но он может заглянуть довольно далеко - всего лишь на миллиард лет после возникновения Вселенной, в эпоху реионизации. Хотя звезды III поколения были вполне живыми в то время, они начали скрываться среди более "нормальных" звезд, следующего поколения, известного как поколение II. Кроме того, есть еще одна проблема, связанная с наблюдением столь далеких звезд: любые объекты, находящиеся на таком расстоянии от нас, абсолютно крошечны с нашей точки зрения и невероятно тусклы.
Поэтому маловероятно, что мы увидим отдельные звезды III поколения, но у астрономов все же есть идеи, как найти свидетельства существования этих неуловимых ранних звезд. С помощью телескопа Уэбба они надеются использовать дополнительное увеличение от самой Вселенной - гравитационное линзирование, когда свет огибает массивные объекты в космосе, но такой подход требует немного удачи. В отличие от телескопа, который мы можем направить в любую сторону, для гравитационного линзирования далекой звезды необходимо, чтобы несколько гигантских объектов, над которыми мы не властны, были случайно выровнены на астрономических расстояниях; то есть мы не можем просто создать гравитационную линзу по желанию, ее должна предоставить Вселенная.
Есть возможность обнаружить эти звезды и ближе к дому, на миллиард или около того лет позже в истории Вселенной, но с множеством других современных звезд вокруг, это похоже на поиск иголки в стоге сена. Впрочем, у астрономов есть некоторые зацепки, где искать. Некоторые модели показывают, что чистый газ, поступающий на окраины больших галактик, может стимулировать звездообразование III поколения. Еще одно место для поиска - карликовые галактики, в которых звезды перестали образовываться уже давно, и поэтому в них может быть меньше сена, которое нужно перебрать на пути к поиску иголок поколения III. В принципе, можно также искать гравитационно-волновой фон от бинарных черных дыр, но для этого потребуются гравитационно-волновые обсерватории нового поколения, такие как телескоп Эйнштейна.
Пока что у астрономов есть один кандидат на роль возможной звезды поколения III, которую они заметили с помощью телескопа Уэбба. Эта звезда появилась менее чем через миллиард лет после Большого взрыва и была видна только благодаря одной из этих удобных гравитационных линз. Однако астрономам предстоит еще много работы, прежде чем они будут уверены, что действительно нашли первое поколение звезд. Пока не найдено убедительных доказательств того, что эта звезда относится к поколению III. Однако телескоп Уэбба продолжит поиски, и, возможно, в ближайшие годы мы наконец-то ясно увидим звездных предков, которые осветят наше понимание реионизации так же, как они освещали ранний космос.
Читайте также мою статью: 400 лет телескопов
Прикоснитесь к тайнам прошлого, настоящего и будущего - подписывайтесь на канал!
