Прародительница Солнца? Астрономы наткнулись на звезду, не тронутую временем

С момента, когда первые звёзды зажглись в молодой Вселенной, прошло более 13 миллиардов лет. И всё же следы тех первозданных светил, известных как звёзды населения III, до сих пор будоражат воображение астрономов.

Недавняя работа, опубликованная на сервере препринтов arXiv, может приблизить человечество к ответу на вопрос, что представляли собой самые первые звёзды во Вселенной. Исследователи уверены, что им удалось обнаружить звезду с рекордно низкой металличностью — SDSS J0715-7334, вероятно, родившуюся из газа, созданного в недрах первых сверхновых.

Первозданный свет: что такое звёзды населения III

Первые звёзды, которые сформировались после Большого взрыва, отличались необычным составом. Согласно данным NASA, они состояли почти исключительно из водорода и гелия — элементов, возникших сразу после появления Вселенной. В них практически не было металлов (в астрономии этим термином называют все элементы тяжелее гелия). Именно поэтому такие объекты получили название звёзд населения III - самых древних и "чистых" по химическому составу.

Эти звёзды были колоссальными по размерам и температуре. По расчётам специалистов NASA, их поверхности могли достигать 100 000 кельвинов — почти в десять раз горячее Солнца. Из-за этого они излучали в основном ультрафиолетовое излучение, недоступное человеческому глазу. Их жизнь была короткой: мощные взрывы сверхновых превращали таких гигантов в облака газа и пыли, насыщая пространство первыми тяжёлыми элементами.

Почему же мы их не видим сегодня? Потому что все они давно погибли. Существовавшие миллионы лет назад звёзды населения III не могли дожить до нашего времени — слишком быстро сгорели, оставив потомков, которые унаследовали лишь следы их химического состава.

Как ищут потомков первых звёзд

Современные астрономы ищут не сами древние звёзды, а их "химические отпечатки" — объекты с крайне низким содержанием металлов. Такие звёзды часто называют "вторичным поколением". Они могли образоваться из остатков газа, выброшенного сверхновыми первых звёзд.

До последнего времени самой бедной на металлы считалась звезда, расположенная в толстом диске Млечного Пути, с металличностью Z = 1,4×10⁻⁶. Однако команда исследователей, изучившая SDSS J0715-7334, зафиксировала показатель Z < 7,8×10⁻⁷ - в два раза меньше, чем у предыдущего рекордсмена. Этот результат делает J0715-7334 самой "чистой" из известных звёзд.

"Мы обнаружили, что J0715-7334 — самая бедная металлами звезда из известных, с Z < 7,8×10-7", — говорится в исследовании, опубликованном на arXiv.

Эта звезда представляет собой красный гигант, расположенный в гало нашей галактики. Особенность в том, что содержание углерода в ней необычайно низкое. Для большинства звёзд с низкой металличностью характерно повышенное количество углерода, но J0715-7334 выбивается из этого правила, что делает её особенно интересной для изучения.

Связь с прародительницами: от сверхновых до современных наблюдений

Учёные полагают, что химический состав J0715-7334 отражает особенности взрыва одной из звёзд населения III. По расчётам, её "прародительница" могла иметь массу около 30 масс Солнца и энергию взрыва 5×10⁵¹ эрг. Такая сверхновая выбросила в космос минимальное количество тяжёлых элементов, что и объясняет "чистоту" состава звезды-наследницы.

Можно ли считать J0715-7334 прямым потомком звёзд населения III? Исследователи осторожны в формулировках. Они отмечают, что это не прямое наблюдение звезды третьего поколения, но, скорее всего, J0715-7334 сформировалась из газа, обогащённого продуктами распада одной из них. Это делает её ценнейшим объектом для понимания ранних этапов звёздообразования.

Учёные также предполагают, что звезда могла возникнуть в Большом Магеллановом Облаке - соседней галактике, расположенной вблизи Млечного Пути. Если это подтверждается, то J0715-7334 станет важным звеном между галактической историей и эпохой формирования первых звёздных систем.

Почему открытие важно для космологии

По мнению исследователей, изучение таких звёзд помогает восстановить картину химической эволюции Вселенной. Ведь именно звёзды населения III сыграли ключевую роль в появлении всех последующих элементов. Без них не существовало бы планет, жизни и наблюдаемых сегодня структур галактик.

"Подробный химический состав самых бедных металлами звёзд можно связать со свойствами безметалльных звёзд населения III с помощью моделей нуклеосинтеза сверхновых", — поясняют авторы статьи.

Наблюдения J0715-7334 показывают, что её орбита проходит далеко от плотных областей Галактики, где звёзды могут загрязняться межзвёздным веществом. Это повышает вероятность, что она сохранила первозданный состав с момента своего рождения. Иными словами, она — своего рода капсула времени, сохранившая следы химических процессов, происходивших вскоре после Большого взрыва.

Что изменилось с запуском телескопа Джеймса Уэбба

С появлением космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) астрономы получили возможность наблюдать галактики с высоким красным смещением — то есть находящиеся на огромных расстояниях и, следовательно, существовавшие вскоре после Большого взрыва. Многие из этих объектов оказались крайне бедны металлами, что вызвало предположения о возможных потомках звёзд населения III.

Однако, как отмечают авторы работы, металличность этих галактик всё ещё на порядок выше, чем у J0715-7334. Их спектральные характеристики — например, соотношение [OIII]/Hβ — пока не позволяют уверенно говорить о присутствии истинных звёзд населения III. Чтобы подтвердить их существование, необходимы наблюдения с в десять раз более высоким соотношением сигнал/шум, чем доступно сейчас.

Означает ли это, что поиск первых звёзд зашёл в тупик? Нет. Напротив, открытия вроде J0715-7334 показывают, что мы подбираемся к границе наблюдаемого прошлого. Каждая новая находка уточняет параметры, при которых формировались первые светила.

Как изучать древние звёзды сегодня

Поиск звёзд с минимальным содержанием металлов требует сложных методов наблюдения и анализа. Астрономы используют спектроскопию, чтобы определить относительное содержание элементов. Для этого нужны:

1. Высокоточные телескопы, такие как Subaru, VLT и JWST, способные фиксировать слабые спектры далёких звёзд.

2. Сравнительные модели нуклеосинтеза, описывающие, как различные звёзды населения III могли обогащать межзвёздный газ.

3. Компьютерные симуляции, реконструирующие процесс формирования галактик и эволюции первых звёздных систем.

Ошибки в измерении металличности могут привести к ложным выводам. Например, если звезда загрязнена пылью или газом соседних областей, её состав покажется менее "чистым", чем на самом деле. Поэтому особенно важно изучать объекты, удалённые от плотных участков Галактики, как J0715-7334.

Что будет, если однажды найдут настоящую звезду населения III? Это событие станет революцией в астрофизике. Оно подтвердит модели звёздообразования ранней Вселенной и поможет уточнить, как именно происходил переход от первых поколений звёзд к современным.

Почему "чистота" звезды имеет значение

В астрономии термин "металличность" отражает не просто состав звезды, а её возраст и происхождение. Чем меньше тяжёлых элементов, тем ближе объект к первозданному состоянию космоса. Для сравнения: металличность Солнца примерно в миллион раз выше, чем у J0715-7334. Это показывает, насколько сильно изменилась Вселенная за миллиарды лет звёздных циклов.

Распространено мнение, что чем больше металлов, тем устойчивее звезда. На деле всё наоборот: избыток тяжёлых элементов делает звезду менее стабильной, увеличивает потери энергии и ускоряет эволюцию. Напротив, "чистые" звёзды с низкой металличностью живут дольше и служат идеальными свидетелями космической истории.

Может ли J0715-7334 стать эталоном для будущих исследований? Вероятно, да. Она демонстрирует редкое сочетание низкой металличности и стабильности, что делает её ключевой для проверки моделей происхождения элементов и строения Галактики.