Вопрос, какими химическими элементами были относительно богаче, а какими беднее древние звёзды (население II) сравнительно с современными, был задан в премиумном разделе. И это очень хороший вопрос. Ибо наука не в курсе дела. И ей тоже очень интересно, что там с химическим составом.
...Интересно, потому что у «металлов» – элементов тяжелее гелия – разное происхождение. За небольшим числом исключений – термоядерное. Но рождаются ядра с разным номером в разных процессах. В приведённой ниже таблице зелёным выделены элементы попадающие в галактический газ при рассеянии красных гигантов, серым – при взрывах белых карликов, желтым же и лиловым – после гибели звёзд массой более 8 солнечных. Таким образом, по относительному содержанию разных «металлов» в звёздах определённого возраста можно понять, что творилось в космосе до их рождения.
Можно, но не получилось. Относительное содержание элементов в звезде можно узнать по спектру. Но это совсем непросто. И сложность задачи тем выше, чем ниже металличность звезды. Дополнительные проблемы создаёт тот факт, что «видны» лишь ядра находящиеся в фотосфере. В объёме же светила элементы распределяются неравномерно, – некоторые охотнее выносятся в верхние, прозрачные слои, некоторые же «тонут». Да и эти правила соблюдаются не обязательно, что ведёт к появлению звёзд химически пекулярных, – у которых, допустим, ртути в спектре оказывается больше положенного.
Так или иначе, отличий в химическом составе у древних звёзд – не обнаружено. Общее количество металлов в светилах населения II от 10 до 1000 раз меньше, чем в составе Солнца. Об относительных же пропорциях не позволяет что-то сказать растущая по мере убывания концентрации погрешность измерения.
...Это всё банально, но уже можно и перейти к вещам занимательным. В звёздах населения II, родившихся около 12 миллиардов лет назад, металлов в 1000 раз меньше, чем в Солнце. А в первичном веществе вселенной, – каким оно было сразу после эпохи нуклеосинтеза, – металлов было меньше в 100 миллионов раз. Следовательно, за первые полтора миллиарда лет, – с момента появления голубых гигантов населения III, – между 13.5 и 12 миллиардами лет назад тяжёлых ядер в космосе стало в 100 тысяч раз больше.
Но это лишь в относительном измерении. В абсолютном же только 0.1% «металлов» в космосе имеют возраст больше 12 миллиардов лет. Затем 10-15% появляются в эпоху массового рождения звёзд населения II, – когда звездообразование шло на два порядка интенсивнее, чем в современности. Эпоха эта наступала в разное время в разных галактиках, – между 12.5 и 11.5 миллиардов лет, в основном, но длилась порядка 100-200 миллионов лет всего. Остальные 90% металлов более-менее равномерно за последние 12 миллиардов лет произвели уже звёзды населения I – современные. Как следствие, средний возраст изотопов в составе Солнечной системы равен 7 миллиардам лет.
...Зачем всё это знать?
Ну, во-первых, из вышеизложенного должно стать понятным, почему следы ранних этапов накопления элементов бесполезно искать в составе Солнца. Если там и были отклонения, на конечном результате они не сказались. И то же касается химического состава звёзд населения II. Уже в их составе ядра рождённые в недрах звёзд ещё более древних составляют… с хорошей точностью 0%.
Во-вторых, можно понять, – и даже удивиться понятому, – что в эпоху «голубых чудовищ» – с 13.5 миллиардов лет назад и далее, пока не загораются гигантские галактики, – звёзд в космосе было в сотни раз меньше. В основном древние галактики представляли собой скопления тёмной материи и очень плотного и горячего по современным меркам газа… Звёзд в них было совсем чуть-чуть. Что не мешало «чудовищам» иметь приличную светимость. Счёт гигантов шёл, иногда, лишь на десятки, просто каждый сиял как миллионы солнц.
В-третьих же, можно понять, что между эпохой «голубых чудовищ» – звёзд населения III, – это был краткий период длившийся 10-100 миллионов лет (но в разное время в разных протогалактиках), – и рождением звёзд населения II проходит порядка 1.5 миллиардов лет. И, очевидно, в это время тоже рождались и взрывались какие-то звёзды. Пусть в небольшом количестве. Металлы же копились.
...Звёзды с металличностью более чем в 1000 раз уступающей солнечной уже найдены. Сейчас они образуют тор вокруг ядра Млечного Пути. И их, действительно, мало. Открыты они, однако, так недавно (до открытий «Джеймса Уэбба» их просто никто не искал), что не имеют названия. Формально, пока, это всё ещё звёзды «населения II», хотя мне больше нравится «население 2.5».
Каков химический состав самых древних звёзд? Это неизвестно, и установить будет очень трудно, – при такой концентрации «металлов» вообще хоть какие-то «не водородные» линии в их спектре увидеть уже проблема… Но если по логике?
По логике же, лёгких звёзд больше, чем массивных, и живут они дольше. Если считать, что первые звёзды населения 2.5 родились скоро после взрывов голубых гигантов… Неизвестно, ещё как те взрывались, – тут разные версии существуют… Но, допустим, взрывались они с теми же результатами, что и массивные звёзды сейчас… Тогда нужно смотреть на жёлтые клетки в таблице.
Считая лишь элементы распространённые, в составе вещества древнейших планет (ну, вдруг они были и при околонулевой металличности) на общем фоне кремнезёма повышено окажется содержание соединений алюминия и магния, больше будет серы, но существенно меньше углерода и азота. С железом тоже не фонтан, – на ядра планет приходится не половина, а пятая или десятая часть массы. Урана же, скажем, совсем нет. Пульсары уже существуют, но столкнутся не все, и только потом – в неопределённо отдалённый момент времени.
Первые белые карлики появляются только через 100 миллионов лет. Но, опять-таки, они взорвутся не сразу, а ещё через сотни миллионов или даже миллиарды лет. И «первые» здесь ключевое слово. Мелких звёзд больше чем крупных, а самые лёгкие звёзды населения 2.5 не прогорели до сих пор.
...Такой же была картина и в эпоху массового рождения звёзд населения II, те металлы, которые постепенно подняли их металличность с 0.1% до 10% солнечной почти целиком не были ими унаследованы, а производились на месте, – до появления красных гигантов, взрывов белых карликов и слияний пульсаров. То есть, планеты эти звёздам также пришлось бы лепить из «жёлтого» набора.