Впервые ученые смогут разглядеть сверхмассивные звезды ранней Вселенной

Как в молодой Вселенной могли образоваться квазары? Конечно же из огромных звезд! Компьютерные симуляции показали, что эти звезды должны были светиться очень ярким красным цветом. А значит возросла вероятность, что нам удастся их рассмотреть, сообщает журнал Universe Today. (~5 минут)

Впервые ученые смогут разглядеть сверхмассивные звезды ранней Вселенной
(N.R.Fuller/National Science Foundation)

Давайте поговорим о темных временах. Нет, не о тех Тёмных веках, которые наступили после падения Западной Римской империи, а о космологическом темном времени — о том периоде, когда еще не сформировались первые звезды Вселенной. А также, давайте поговорим о периоде рассвета — о рождении первых звезд, о буйной эпохе, во время которой наша Вселенная полностью преобразилась и приняла более привычный нам облик.

Те первые звезды могли быть совсем непохожи на потомков, населяющих сегодняшний космос. И возможно, если нам повезет, мы наконец-то сможем впервые их разглядеть.

Первые черные дыры

Начнем с таинственности.

Все мы давно уже выучили, как образуются черные дыры. Гигантская звезда, массой больше восьми масс Солнца, проживает свою короткую и предсказуемую жизнь, синтезируя гелий из водорода. В какой-то момент водород заканчивается и тогда звезда начинает питаться гелием, который в итоге тоже заканчивается… В общем, ползет она по таблице Менделеева, пока не добирается до железа. Из железа ничего синтезировать не получается, потому что энергия тратится, а не высвобождается, и в итоге происходит гравитационный коллапс.

Звезда сжимается до невероятно малого размера, и получается черная дыра.

Черная дыра встречает и поглощает другие черные дыры, а также подпитывается окружающей межзвездной материей, постепенно подрастая. Через достаточное количество времени и при неиссякаемом источнике пищи, черная дыра может превратиться в сверхмассивную. Такие сверхмассивные гиганты обитают в центрах галактик, а их масса переваливает за миллион солнечных.

Аппетит сверхмассивных черных дыр не утихает. Потребляемый газ сжимается, нагревается и начинает светиться ярче галактик. Такой объект может называться по-разному — квазар, блазар, активное галактическое ядро, — суть одна: перед нами пирующая черная дыра.

Все ясно и понятно, вот только есть одна проблемка. Мы видим квазары в очень удаленной Вселенной, а это означает, что мы видим квазары в очень молодой Вселенной, которой еще нет и миллиарда лет.

Процесс, который мы только что описали (звезда — Менделеев — дыра— пир — квазар), требует намного больше, чем миллиард лет.

Так как же Вселенной удалось так быстро создать такие монструозные черные дыры?

Ископаемые древней Вселенной

Судя по всему, привычный нам сценарий в ранней Вселенной не работал, а значит нужно искать альтернативы. Где можно срезать путь? Да, быстрый сценарий действительно существует. Чтобы по-быстренькому сделать сверхмассивную черную дыру, нужно сразу начинать со сверхмассивной звезды.

Насколько сверхмассивной? Ну где-то около 100 000 солнечных масс. 

В современной Вселенной таких звезд не существует. Если вы попытаетесь сжать всю эту материю в достаточно компактный объем, взаимодействия и общая нестабильность расщепит все ваши усилия на части, сформировав вместо желаемого монстра множество нормальных звезд.

Именно поэтому звезды массой больше 100 солнечных, может, и возможны в современной Вселенной, но встречаются крайне редко.

Во времена Космического рассвета условия были немного другие.

Во-первых, тогда еще не существовало тяжелых элементов — ядерные кузницы еще не засорили межзвездное пространство. Излучение этих дополнительных элементов отлично остужает газ и вызывает нежелательную для нас сейчас фрагментацию.

Во-вторых, молодой космос был заполнен высокоэнергетическим ультрафиолетовым излучением от неожиданного рождения других, более маленьких звезд. Это излучение расщепляет молекулярный водород, который тоже неплохо охлаждает и фрагментирует гигантские газовые облака.

Редко могут возникнуть такие условия, но конец темного времени стал тем самым периодом, когда смогли образоваться гигантские и даже супергигантские звезды: огромное количество материала имело возможность сжаться в достаточное малое пространство и сформировать огромную звезду.

Жизнь этих огромных звезд была коротка, быстро происходил коллапс, превращая их сразу в большие черные дыры, а там и до квазара недалеко.

Космический восход

Идея хорошая, что в науке даже хорошие идеи нужно подкреплять доказательствами, прежде чем начинать верить. В нашем случае очень бы пригодилась фотография одной из этих монструозно гигантских звезд до их превращения в черные дыры, а затем в квазары.

Это очень сложно, ведь время этих звезд находится очень, очень, очень, очень и очень далеко от нас. И несмотря на то, что звезды были гигантскими по звездным стандартам, в масштабах Вселенной они все же оставались малютками. В общем, их чертовски сложно разглядеть.

Но вроде бы нам повезло. Компьютерные симуляции этих странных звезд выявили необычную особенность — они были относительно холодными на поверхности, между 6,000–8000 градусов Кельвина, то есть они светятся ярчайшим красным светом. Причем благодаря размеру, их свет сравнится со светом десяти миллионов Солнц.

Это сочетание невероятной яркости и интенсивности красного цвета означает, что они потенциально видимы в инфракрасном диапазоне для некоторых разрабатываемых аппаратов. 

В частности, космического телескопа им. Джеймса Уэбба, который конструируется специально для поиска первых звезд.

Если эти гигантские звезды действительно существовали, и если некоторые из них сумели дожить до эры, когда их соратницы уже начали трансформироваться в гигантские черные дыры (то есть находятся хоть и ненамного, но все же ближе к нам), у нас есть шанс напрямую их разглядеть.

Какой прекрасный будет вид!


Следующее: Успехи NASA и SpaceX за 3 декабря

Предыдущее: Люди палеолита ампутировали себе пальцы



Поделиться!