Первая искра Вселенной всё ещё горит: найден след звезды, рождённой из ничего

Самые древние и чистые звёзды во Вселенной до сих пор остаются загадкой, но учёные уверены, что всё ближе к разгадке. Группа астрономов объявила, что, вероятно, обнаружила звезду с рекордно низким содержанием тяжёлых элементов — потенциальный "отголосок" первых огненных гигантов, появившихся после Большого взрыва. Исследование размещено на сервере препринтов arXiv и уже вызвало оживлённую дискуссию среди специалистов по космической химии.

Первозданные звёзды и их потомки

Учёные называют звёзды "населения III" первыми светилами, возникшими из чистого водорода и гелия. Эти объекты не содержали тяжёлых элементов — астрономы называют их металлами — и существовали всего несколько миллионов лет. По данным NASA, их температура могла достигать 100 000 К, что делает их в десятки тысяч градусов горячее Солнца. Они излучали преимущественно ультрафиолет, а не видимый свет, и, по расчётам, были колоссально яркими.

"Массивные звёзды населения III могли достигать температуры в 100 000 кельвинов — более чем на 90 000 градусов выше температуры Солнца", — поясняет NASA.

Эти звёзды, как считают исследователи, были недолговечны. Их жизнь заканчивалась мощными взрывами сверхновых, в ходе которых впервые появлялись тяжёлые элементы, обогащавшие молодую Вселенную. Именно их вещество стало основой для звёзд следующих поколений — населения II и I. Поэтому наблюдение даже косвенных следов звёзд первого поколения считается одним из ключей к пониманию ранней космической эволюции.

Новая находка и рекордная чистота

Астрономы обратили внимание на красный гигант SDSS J0715-7334, расположенный в пределах нашей галактики. Его химический состав оказался исключительным: содержание тяжёлых элементов (металличность, обозначаемая как Z) составило менее 7,8×10⁻⁷. Это почти вдвое меньше, чем у предыдущего рекордсмена — звезды J1029+1729, чья металличность оценивалась в 1,4×10⁻⁶.

Такой результат заставил исследователей предположить, что J0715-7334 могла образоваться из газа, обогащённого единственным взрывом сверхновой звезды населения III. Особенно примечательно то, что в ней крайне мало углерода. Большинство звёзд с низким содержанием металлов, напротив, показывают избыток этого элемента. Это делает новый объект особенно "чистым" кандидатом на роль звезды, родившейся из первозданного газа.

Почему мы не видим звёзды населения III

Звёзды первого поколения невозможно наблюдать напрямую — они исчезли миллиарды лет назад. Но астрономы ищут их "отпечатки" в составе более поздних звёзд. Исследование, размещённое на arXiv, поясняет: если бы среди потомков тех звёзд были объекты достаточно малой массы, они могли бы дожить до наших дней и выдать своё происхождение исключительно низкой металличностью.

Как найти такие реликтовые объекты? Учёные ищут звёзды с наименьшей концентрацией элементов тяжелее гелия, анализируя спектр их света. При этом важно учитывать, что со временем поверхность звезды может "загрязняться" межзвёздной пылью, а внутренние процессы — изменять химический баланс. Но J0715-7334 находится на удалённой гало-орбите, что исключает сильное внешнее влияние. Её обширная конвективная оболочка перемешивает вещество, сохраняя исходный химический состав.

"J0715-7334 — особенно чистый образец населения III, поскольку его удалённая гало-орбита полностью исключает значительное загрязнение поверхности межзвёздной средой", — говорится в исследовании arXiv.

Следы древней сверхновой

Модели нуклеосинтеза показывают, что состав J0715-7334 можно объяснить взрывом сверхновой звезды массой около 30 солнечных и энергией примерно 5×10⁵¹ эрг. Это соответствует сценарию, при котором массивная звезда населения III прожила короткую, но яркую жизнь, оставив после себя облако первозданного газа с минимальными примесями. Из него и могла сформироваться нынешняя J0715-7334.

Можно ли считать её прямым потомком первой звезды? Исследователи осторожны в выводах: прямых доказательств происхождения от населения III нет, но вероятность крайне высока. Они предполагают, что звезда могла образоваться в Большом Магеллановом Облаке - соседней галактике, находящейся всего в 160 000 световых лет от нас.

Что меняет открытие для науки

Поиск звёзд с экстремально низкой металличностью помогает уточнить хронологию формирования элементов во Вселенной. Чем ниже содержание металлов, тем ближе звезда к первым этапам космической истории. Наблюдения с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба уже позволили обнаружить галактики с очень малым количеством тяжёлых элементов, но их химический состав всё ещё на порядок богаче, чем у J0715-7334.

Исследователи отмечают: верхний предел металличности для обнаруженных "молодых" галактик составляет [Z/H] < -3. Однако для звезды J0715-7334 это значение почти на десять раз ниже. Чтобы подтвердить наличие настоящих звёзд населения III, а не их потомков, нужны наблюдения с существенно более высоким отношением сигнал/шум — не менее чем в десять раз лучше текущих.

Как идут поиски и что будет дальше

Астрономы продолжают систематически изучать звёзды с ультранизким содержанием металлов. Для этого они используют спектрографы высокого разрешения и методы фотометрического отбора кандидатов. Обычно поиск проходит по следующей схеме.

1. Первичный отбор по цветовым характеристикам в обзорах неба, таких как SDSS.
2. Анализ спектра для определения содержания металлов.
3. Подтверждение через наземные телескопы и уточнение параметров орбиты.
4. Сравнение с моделями нуклеосинтеза сверхновых населения III.

Эти шаги позволяют сузить круг кандидатов и понять, какие из них могли сформироваться из первозданного вещества.

Почему важно искать такие звёзды? Потому что каждая из них — живая хроника химического рождения Вселенной. Они показывают, какие элементы появились первыми и как быстро шло их распространение. Без этого понимания невозможно построить полную модель космической эволюции — от Большого взрыва до появления планет и жизни.

Старые заблуждения и новые данные

Ранее считалось, что следы звёзд населения III можно найти только в очень далёких галактиках с большим красным смещением. Однако открытие J0715-7334 показывает: остатки первозданного вещества могли сохраниться и внутри нашего Млечного Пути. Это изменяет представление о распределении древнего газа во Вселенной и заставляет по-новому взглянуть на историю формирования Галактики.

Многие путали низкую яркость звёзд с бедностью металлами, но теперь спектральные измерения позволяют различать эти параметры. Таким образом, реальный признак "первозданности" — не тусклость, а химическая простота.

Что если подобных звёзд окажется больше? Тогда можно будет построить статистику, показывающую, как именно распределялись следы первых сверхновых в галактическом гало. Это даст шанс напрямую проследить переход от звёзд населения III к более поздним поколениям.

Интересные детали о первозданных звёздах

По расчётам NASA, звёзды населения III могли быть в сотни раз массивнее Солнца.

Их температура превышала 90 000 °C, что делало их самыми горячими объектами ранней Вселенной.

Сверхновые такого типа создавали первые тяжёлые элементы, включая углерод, кислород и железо.

Остатки их взрывов служили "строительным материалом" для звёзд второго поколения.

Ожидается, что JWST в будущем сможет различить галактики, где эти звёзды только начинали формироваться.