С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба астрономы, возможно, обнаружили первые свидетельства существования в ранней Вселенной звезд-монстров, похожих на динозавров, чьи массы могли достигать 10 000 солнечных. Эти титанические звёзды населяли космос вскоре после Большого взрыва.
Подобно динозаврам, эти звёзды-гиганты давно исчезли, но Вселенная, как и земные пласты, хранит их «космические окаменелости» — чёрные дыры. Подтверждение существования таких невероятно массивных звёзд в ранней Вселенной может помочь объяснить, как сверхмассивные чёрные дыры успели вырасти до миллионов солнечных масс, когда возраст космоса ещё не достиг и миллиарда лет.
Первые интригующие данные, указывающие на эти звёзды-титаны, были получены, когда команда астрономов изучала химический состав галактики GN-z11, находящейся на расстоянии около 13,4 миллиардов световых лет и наблюдаемой такой, какой она была всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва. «Уликой» в этом случае стал аномальный дисбаланс между содержанием азота и кислорода в GN-z11, который невозможно объяснить ни одним известным типом звёзд.
«Наше открытие помогает разгадать 20-летнюю космическую загадку. GN-z11 даёт нам первое наблюдательное свидетельство того, что эти звёзды-монстры действительно существовали», — заявил в своем обращении член команды Дэниел Уолен из Портсмутского университета (Великобритания). «Эти космические гиганты ярко горели недолгое время, а затем коллапсировали в массивные чёрные дыры, оставляя после себя химические „отпечатки“, которые мы можем обнаружить спустя миллиарды лет. Это немного похоже на динозавров на Земле — они были огромными, примитивными, и их жизнь была коротка, всего около четверти миллиона лет — мгновение по космическим меркам».
Галактика со странной химией
«Решающим доказательством» стал именно дисбаланс азота и кислорода в GN-z11. Соотношение азота к кислороду в этой галактике составляет около 0,5, что значительно превышает значения, которые могут быть объяснены любыми известными типами звёзд или звёздных взрывов.
«Химический состав действует как космический отпечаток пальца, и картина в GN-z11 не похожа ни на что, что могут произвести обычные звёзды. Экстремальное содержание азота соответствует только одному известному источнику — первичным звёздам в тысячи раз массивнее нашего Солнца», — сказал в заявлении член команды Девеш Нандал из Центра астрофизики (CfA) Гарварда и Смитсоновского института. «Это говорит нам о том, что первое поколение звёзд включало в себя по-настоящему сверхмассивные объекты, которые помогли сформировать ранние галактики и, возможно, стали „семенами“ для современных сверхмассивных чёрных дыр».
Команда использовала эти данные и смоделировала эволюцию звёзд с массами от 1000 до 10 000 солнечных, чтобы определить, какие элементы они синтезируют и затем рассеют по своим галактикам после смерти в сверхновых. Это выявило специфический механизм, способный создать огромное количество азота.
Эти звёзды-монстры сжигают гелий в своих ядрах, производя углерод, который затем «просачивается» во внешнюю оболочку звезды, где горит водород. Слияние углерода и водорода создаёт азот, который конвективными потоками разносится по звезде. Затем богатое азотом вещество выбрасывается в пространство, обогащая окружающий газ.
Тот факт, что этот процесс продолжался миллионы лет, может объяснить изобилие азота в GN-z11. Звёзды с массами менее 1000 или более 10 000 солнечных масс не производят такого же химического обогащения.
Исследование команды также предсказывает, что происходит, когда эти «динозавры» звёздного мира достигают конца своей жизни. Скорее всего, они коллапсируют прямо в чёрные дыры. Отсутствие взрыва сверхновой означает, что эти чёрные дыры могут сохранять массы в тысячи солнечных, что даёт им огромную фору в росте до сверхмассивных чёрных дыр.
Действительно, в центре GN-z11 находится активно поглощающая вещество сверхмассивная чёрная дыра, которая могла бы стать «дочерним» объектом от слияния чёрных дыр, оставленных этими чудовищными звёздами. Команда теперь планирует искать другие богатые азотом галактики в ранней Вселенной, что укрепит доказательства существования звёзд-монстров.
Исследование команды было опубликовано в ноябре в The Astrophysical Journal Letters. Поиск таких звёзд — лишь начало. Учёные надеются, что будущие наблюдения «Уэбба» позволят обнаружить прямое излучение от подобных объектов или их взрывов, что окончательно закроет вопрос об их природе. Это откроет новую главу в понимании того, как первые звёзды заложили основы всей последующей космической эволюции, создав первые тяжёлые элементы и «посеяв» зародыши гигантских чёрных дыр.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий