12 ноября в журнале Astrophysical Journal Letters были опубликованы результаты прорывного исследования, проведенного учеными из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) в США и Университета Портсмута в Великобритании. Соавторы работы, Дэниел Уэйлен из Института космологии и гравитации и Девеш Нандал, научный сотрудник Института теории и вычислений, представили первые доказательства существования «звезд-монстров» в ранней Вселенной.
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) исследователи изучили галактику GS 3073, наблюдая ее состояние примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Обнаруженные объекты были охарактеризованы как «огромные и примитивные» светила, сравнимые с динозаврами звездного мира. Масса этих гигантов превышала массу Солнца в диапазоне от 1000 до 10 000 раз. Несмотря на то, что эти звезды горели очень ярко, их жизненный цикл был краток по астрономическим меркам и составлял приблизительно 250 000 лет.
Ключевым доказательством, или «дымящимся пистолетом», стал обнаруженный экстремальный химический дисбаланс: соотношение азота к кислороду составило 0,46. Такое аномальное значение не встречается в обычных звездах или при стандартных звездных взрывах. Полученная сигнатура идеально совпала с компьютерными моделями, предсказывающими характеристики первобытных звезд, которые в тысячи раз массивнее Солнца.
Ученые определили так называемую «золотую середину»: специфическая азотная сигнатура образуется исключительно в звездах массой от 1000 до 10 000 солнечных. Небесные тела меньшего или большего размера не способны воспроизвести такой химический паттерн. Это наблюдение стало первым свидетельством существования подобных звезд в ранней Вселенной.
Авторы работы детально описали трехступенчатый механизм образования азота внутри этих объектов. Сначала в ядрах крупных звезд сгорал гелий, создавая углерод. Затем углерод проникал во внешнюю оболочку, где происходило горение водорода. Смешивание углерода и водорода приводило к образованию азота, который конвекционные потоки распределяли по всему телу звезды. Впоследствии азот просачивался из звезды в космическое пространство на протяжении миллионов лет.
Открытие предлагает решение загадки появления сверхмассивных черных дыр всего через 1 миллиард лет после начала истории Вселенной. Новая теория гласит, что «звезды-монстры» не взрываются как сверхновые, а претерпевают «большой коллапс». Именно этот процесс генерирует самые ранние сверхмассивные черные дыры. В качестве наблюдательного подтверждения приводится тот факт, что галактика GS 3073 в настоящее время содержит в своем центре активную черную дыру, которая, вероятно, является остатком одной из таких звезд.
Подтверждение этой гипотезы решает сразу две фундаментальные проблемы: источник происхождения азота и механизм быстрого роста черных дыр. Исследование проливает свет на эпоху «космических темных веков», когда зажглись первые звезды и началась химическая трансформация космоса, исключая необходимость в альтернативных теориях, таких как коллапс сверхплотных газовых облаков или взаимодействие темной материи.
Данные, полученные JWST, формируют новое понимание эволюции космоса. Ранее ученые уже фиксировали свет «космического рассвета» с помощью наземных телескопов и обнаруживали первые слияния ядер галактик. Текущее исследование подтверждает, что процессы формирования галактик и ранняя Вселенная радикально отличаются от прежних ожиданий астрономов.
Изображение носит иллюстративный характер
С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) исследователи изучили галактику GS 3073, наблюдая ее состояние примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Обнаруженные объекты были охарактеризованы как «огромные и примитивные» светила, сравнимые с динозаврами звездного мира. Масса этих гигантов превышала массу Солнца в диапазоне от 1000 до 10 000 раз. Несмотря на то, что эти звезды горели очень ярко, их жизненный цикл был краток по астрономическим меркам и составлял приблизительно 250 000 лет.
Ключевым доказательством, или «дымящимся пистолетом», стал обнаруженный экстремальный химический дисбаланс: соотношение азота к кислороду составило 0,46. Такое аномальное значение не встречается в обычных звездах или при стандартных звездных взрывах. Полученная сигнатура идеально совпала с компьютерными моделями, предсказывающими характеристики первобытных звезд, которые в тысячи раз массивнее Солнца.
Ученые определили так называемую «золотую середину»: специфическая азотная сигнатура образуется исключительно в звездах массой от 1000 до 10 000 солнечных. Небесные тела меньшего или большего размера не способны воспроизвести такой химический паттерн. Это наблюдение стало первым свидетельством существования подобных звезд в ранней Вселенной.
Авторы работы детально описали трехступенчатый механизм образования азота внутри этих объектов. Сначала в ядрах крупных звезд сгорал гелий, создавая углерод. Затем углерод проникал во внешнюю оболочку, где происходило горение водорода. Смешивание углерода и водорода приводило к образованию азота, который конвекционные потоки распределяли по всему телу звезды. Впоследствии азот просачивался из звезды в космическое пространство на протяжении миллионов лет.
Открытие предлагает решение загадки появления сверхмассивных черных дыр всего через 1 миллиард лет после начала истории Вселенной. Новая теория гласит, что «звезды-монстры» не взрываются как сверхновые, а претерпевают «большой коллапс». Именно этот процесс генерирует самые ранние сверхмассивные черные дыры. В качестве наблюдательного подтверждения приводится тот факт, что галактика GS 3073 в настоящее время содержит в своем центре активную черную дыру, которая, вероятно, является остатком одной из таких звезд.
Подтверждение этой гипотезы решает сразу две фундаментальные проблемы: источник происхождения азота и механизм быстрого роста черных дыр. Исследование проливает свет на эпоху «космических темных веков», когда зажглись первые звезды и началась химическая трансформация космоса, исключая необходимость в альтернативных теориях, таких как коллапс сверхплотных газовых облаков или взаимодействие темной материи.
Данные, полученные JWST, формируют новое понимание эволюции космоса. Ранее ученые уже фиксировали свет «космического рассвета» с помощью наземных телескопов и обнаруживали первые слияния ядер галактик. Текущее исследование подтверждает, что процессы формирования галактик и ранняя Вселенная радикально отличаются от прежних ожиданий астрономов.
