«Апостериори»: Первые звёзды Вселенной могли оказаться гораздо массивнее, чем считалось ранее
Новости науки и технологий
Поддержите «Эхо», если вы не в России
Астрономы представили новые данные о системе Hebe (HElium Balmer Emitter) – необычном объекте, обнаруженном рядом с одной из самых далёких известных галактик, GN-z11. По мнению исследователей, Hebe может содержать звёзды III популяции – первое поколение звёзд, сформировавшееся во Вселенной вскоре после Большого взрыва. Если эта интерпретация верна, объект может помочь впервые получить прямые наблюдательные ограничения на массу первых звёзд.
Звёзды III популяции занимают особое место в современной космологии. Они образовались из вещества, практически не содержавшего элементов тяжелее водорода и гелия. Именно эти звёзды начали химическое обогащение Вселенной, синтезируя первые тяжёлые элементы и подготавливая условия для появления последующих поколений звёзд, планет и, в конечном счёте, жизни. Однако до сих пор свойства таких объектов оставались в основном предметом теоретических расчётов и компьютерного моделирования.
Первые кандидаты на роль звёзд III популяции начали появляться лишь после запуска космического телескопа «Джеймс Уэбб». Одним из наиболее перспективных объектов стала система Hebe, расположенная на красном смещении около 10,6. Это означает, что мы наблюдаем её такой, какой она была менее чем через 450 миллионов лет после Большого взрыва.
Ранее астрономы обнаружили в спектре объекта сильную линию ионизованного гелия He II. Такое излучение считается одним из возможных признаков присутствия очень горячих и массивных звёзд. Новые наблюдения показали, что Hebe состоит как минимум из двух компонентов, обозначенных как C1 и C2. Оба демонстрируют излучение гелия, но при этом практически не содержат спектральных признаков углерода, кислорода и других тяжёлых элементов.
Именно отсутствие таких линий оказалось одним из наиболее важных результатов исследования. Авторы сравнили наблюдения с большим набором компьютерных моделей галактик различного состава. Расчёты показали, что наблюдаемые характеристики плохо согласуются с обычными звёздными популяциями и могут быть объяснены лишь в том случае, если более половины звёздной массы системы приходится на звёзды III популяции. При этом один из компонентов, C1, оказался совместим даже со сценарием полностью первозданной звёздной системы.
После этого исследователи попытались оценить распределение масс первых звёзд. Для этого они использовали отношение интенсивности линии гелия к линии водорода. Согласно моделям, чем больше в системе очень массивных звёзд, тем сильнее оказывается излучение гелия относительно водорода.
Полученные результаты указывают на то, что первые звёзды, вероятно, были существенно массивнее современных. Наблюдения исключают многие варианты распределения масс, в которых преобладают сравнительно лёгкие звёзды. Напротив, данные лучше согласуются со сценариями, в которых значительная часть звёзд имеет массы в десятки или даже сотни масс Солнца.
На основании наблюдаемой светимости гелия авторы также оценили суммарную массу звёзд III популяции в компоненте C1. По их расчётам, она составляет от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч солнечных масс. Более того, некоторые варианты модели требуют существования звёзд с массами значительно выше ста солнечных масс.
Авторы подчёркивают, что пока речь идёт не о прямом обнаружении отдельных звёзд III популяции, а об интерпретации спектра далёкой звёздной системы. Тем не менее результаты демонстрируют новую возможность изучения самых ранних этапов звёздообразования. Если будущие наблюдения подтвердят природу объекта Hebe, астрономы смогут перейти от поиска первых звёзд к измерению их физических характеристик. По мнению исследователей, дальнейшие наблюдения с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» могут позволить существенно уточнить распределение масс первых звёзд и лучше понять, как начиналась история химического обогащения Вселенной.