Наблюдая за квазаром в ранней Вселенной, астрономы обнаружили одно из самых удаленных от нас газовых облаков, которое показало удивительно современный химический состав, говорящий о том, что первые звезды в истории космоса начали формироваться очень быстро после Большого взрыва. Результаты исследования представлены в журнале The Astrophysical Journal.
«Это облако обладает свойствами, ожидаемыми у предшественников видимых сегодня карликовых галактик, и содержит информацию о первых фазах их эволюции и звездообразовании во Вселенной», – рассказывает Эдуардо Баньядос, ведущий автор исследования из Института астрономии им. Макса Планка (Германия).
Газовое облако, подсвеченное далеким квазаром, на временной шкале истории Вселенной. Credit: Max Planck Institute for Astronomy
Когда астрономы смотрят на отдаленные объекты, они, по сути, оглядываются назад во времени. Газовое облако, обнаруженное Эдуардо Баньядосом и его командой, расположено настолько далеко, что его свету потребовалось почти 13 миллиардов лет, чтобы добраться до нас и рассказать, как оно выглядело спустя 850 миллионов лет после Большого взрыва. Для астрономов это чрезвычайно интересная эпоха. В течение первых нескольких сотен миллионов лет после рождения Вселенной начали появляться первые звезды и галактики, однако большинство деталей этой сложной эволюции все еще остаются недоступными.
Освещенное далеким квазаром
Квазары – это чрезвычайно яркие активные ядра далеких галактик, движущей силой которых является центральная сверхмассивная черная дыра. Вещество, вращающееся вокруг этого гравитационного монстра, нагревается до сотен тысяч градусов, испуская огромное количество радиации. Это позволяет астрономам использовать квазары в качестве фоновых источников для обнаружения водорода и других химических элементов в газовых облаках: если объект находится между наблюдателем и далеким квазаром, то часть света квазара будет поглощаться.
Квазар в представлении художника. ESO/M. Kornmesser
Изучая спектр квазара, то есть радугоподобное разложение света от него в различных длинах волн, астрономы получают картину поглощения, содержащую информацию о химическом составе, температуре, плотности и даже о расстоянии до газового облака.
Не совсем то, что искали
По спектру обнаруженного газового облака исследователи сразу смогли определить расстояние до него, которое показало, что они «заглянули» в первый миллиард лет космической истории. Затем астрономы выявили в нем следы нескольких химических элементов, включая углерод, кислород, железо и магний. Это указывает на то, что облако не является химически примитивным и удивительно похоже по содержанию элементов, хотя и в крошечных количествах, на современные межгалактические газовые облака.
Самые первые звезды во Вселенной в представлении художника. Credit: N.R.Fuller, National Science Foundation
«Обнаружение первых звезд, так называемых «звезд населения III», является одной из наиболее важных целей при восстановлении истории космоса. В более поздней Вселенной химические элементы тяжелее водорода играют важную роль, позволяя газовым облакам разрушаться и формировать новые светила. Но эти химические элементы, особенно углерод, сами производятся в звездах и выбрасываются в космос при взрывах сверхновых. Для первых звезд таких химических посредников просто не было, поскольку непосредственно после Большого взрыва появились только атомы водорода и гелия. Именно в этом заключается принципиальное отличие первых звезд от любых более поздних», – добавил Майкл Раух, соавтор исследования из Института Карнеги (США).
Так много звезд, так мало времени
Полученные данные подразумевают, что образование первых звезд в этом газовом облаке должно было начаться намного раньше эпохи наблюдения: «химическое загрязнение» указывает на то, что в данной системе следы их взрывов уже стерты по крайней мере еще одним поколением светил.
«Интересно, что сегодня мы можем измерить металличность и содержание химических элементов в столь ранней Вселенной, но, если мы хотим идентифицировать подписи первых звезд, нам нужно заглянуть еще дальше. Я полон оптимизма и уверен, что мы найдем более отдаленные газовые облака, которые помогут нам понять, как рождались первые звезды», – заключил Эдуардо Баньядос.
