Химический состав современных звезд не содержит ожидаемых следов, которые должны были остаться после взрывов сверхновых первого поколения звезд. Эта загадка десятилетиями ставила астрофизиков в тупик, так как предполагалось, что первые светила были гигантами, чья смерть должна была оставить четкие отпечатки во Вселенной.
Новое исследование, опубликованное 30 июля в журнале Astrophysical Journal Letters, предлагает решение этой проблемы. Ведущий исследователь Чен и его команда утверждают, что первые звезды были значительно меньше, чем считалось ранее. Прежние теории предполагали, что это были гиганты массой более 100 масс нашего Солнца. Новая модель показывает, что такие звезды были редкостью.
Компьютерное моделирование, проведенное командой, показало, что большинство первых звезд были гораздо скромнее по размерам. В одной из симуляций была сформирована звезда, масса которой всего в восемь раз превышала массу Солнца. Такие звезды не взрываются как сверхновые, оставляющие характерные тяжелые элементы, что и объясняет их отсутствие в последующих поколениях звезд.
Среда, в которой рождались эти звезды, была чрезвычайно бурной и жестокой. Они формировались внутри гигантских газовых облаков, расположенных в структурах, известных как минигало темной материи. Газ в этих облаках двигался со сверхзвуковой турбулентностью, достигая скоростей, в пять раз превышающих скорость звука в атмосфере Земли.
Этот процесс радикально отличается от предыдущих представлений. Ранее считалось, что первые звезды формировались в «величественном уединении». Новые данные показывают, что турбулентное газовое облако не коллапсировало в одну гигантскую звезду, а распадалось на фрагменты. Это приводило к формированию целых скоплений звезд, а не отдельных изолированных гигантов.
Для воссоздания условий ранней Вселенной, существовавшей всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва (произошедшего 13,8 миллиарда лет назад), ученые использовали симуляционный код Gizmo. Этот код является частью проекта IllustrisTNG, который ранее доказал свою точность в воспроизведении процессов формирования галактик.
В фокусе симуляции находилась плотная структура — минигало темной материи, масса которого составляла примерно 10 миллионов масс Солнца. Исследователи детально изучили поведение частиц газа в областях размером около трех световых лет внутри этого гало.
Симуляция наглядно продемонстрировала ключевой механизм: огромная гравитация минигало темной материи притягивает окружающий газ. Этот процесс, в свою очередь, порождает сверхзвуковую турбулентность и уплотнения газа, необходимые для запуска звездообразования.
Полученные результаты имеют решающее значение для понимания происхождения галактик, включая наш Млечный Путь, и нашей Солнечной системы. Эта новая модель послужит руководством для будущих наблюдательных программ, которые будут проводиться с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб».
Команда Чена планирует использовать свои симуляции для более глубокого изучения сверхзвуковой турбулентности в эпоху, известную как «космический рассвет», которая наступила более 13 миллиардов лет назад.
В будущие симуляции планируется включить влияние магнитных полей. Известно, что сверхзвуковая турбулентность способна усиливать магнитные поля, которые играют значительную роль в формировании современных звезд. Это позволит создать еще более полную картину рождения первых светил во Вселенной.
Изображение носит иллюстративный характер
Новое исследование, опубликованное 30 июля в журнале Astrophysical Journal Letters, предлагает решение этой проблемы. Ведущий исследователь Чен и его команда утверждают, что первые звезды были значительно меньше, чем считалось ранее. Прежние теории предполагали, что это были гиганты массой более 100 масс нашего Солнца. Новая модель показывает, что такие звезды были редкостью.
Компьютерное моделирование, проведенное командой, показало, что большинство первых звезд были гораздо скромнее по размерам. В одной из симуляций была сформирована звезда, масса которой всего в восемь раз превышала массу Солнца. Такие звезды не взрываются как сверхновые, оставляющие характерные тяжелые элементы, что и объясняет их отсутствие в последующих поколениях звезд.
Среда, в которой рождались эти звезды, была чрезвычайно бурной и жестокой. Они формировались внутри гигантских газовых облаков, расположенных в структурах, известных как минигало темной материи. Газ в этих облаках двигался со сверхзвуковой турбулентностью, достигая скоростей, в пять раз превышающих скорость звука в атмосфере Земли.
Этот процесс радикально отличается от предыдущих представлений. Ранее считалось, что первые звезды формировались в «величественном уединении». Новые данные показывают, что турбулентное газовое облако не коллапсировало в одну гигантскую звезду, а распадалось на фрагменты. Это приводило к формированию целых скоплений звезд, а не отдельных изолированных гигантов.
Для воссоздания условий ранней Вселенной, существовавшей всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва (произошедшего 13,8 миллиарда лет назад), ученые использовали симуляционный код Gizmo. Этот код является частью проекта IllustrisTNG, который ранее доказал свою точность в воспроизведении процессов формирования галактик.
В фокусе симуляции находилась плотная структура — минигало темной материи, масса которого составляла примерно 10 миллионов масс Солнца. Исследователи детально изучили поведение частиц газа в областях размером около трех световых лет внутри этого гало.
Симуляция наглядно продемонстрировала ключевой механизм: огромная гравитация минигало темной материи притягивает окружающий газ. Этот процесс, в свою очередь, порождает сверхзвуковую турбулентность и уплотнения газа, необходимые для запуска звездообразования.
Полученные результаты имеют решающее значение для понимания происхождения галактик, включая наш Млечный Путь, и нашей Солнечной системы. Эта новая модель послужит руководством для будущих наблюдательных программ, которые будут проводиться с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб».
Команда Чена планирует использовать свои симуляции для более глубокого изучения сверхзвуковой турбулентности в эпоху, известную как «космический рассвет», которая наступила более 13 миллиардов лет назад.
В будущие симуляции планируется включить влияние магнитных полей. Известно, что сверхзвуковая турбулентность способна усиливать магнитные поля, которые играют значительную роль в формировании современных звезд. Это позволит создать еще более полную картину рождения первых светил во Вселенной.
