В смежной галактике астрономы зафиксировали звезду с минимальным количеством тяжелых элементов. Этот небесный объект представляет собой своего рода капсулу времени, сохраняющую химическую информацию о первых звездах, появившихся после Большого взрыва. Данное открытие не только вызывает пересмотр действующих теорий о формировании звезд, но и побуждает исследователей к поиску новых, ранее не изученных космических процессов, влияющих на звездообразование.
Согласно общепринятой модели, сразу после Большого взрыва Изначально Вселенная представляла собой состояние с чрезвычайно высокой температурой и плотностью. В первые моменты существования происходил первичный нуклеосинтез — формирование ядер атомов, приведшее к образованию ядер лёгких элементов, преимущественно водорода и гелия.
Спустя несколько сотен миллионов лет, облака, состоящие из водорода и гелия стали сжиматься под действием гравитации, что привело к образованию первых светил, так называемых звезд поколения III. Эти звезды значительно превосходили по массе и температуре современные. В их недрах со временем начались ядерные процессы, приведшие к образованию тяжелых химических элементов.
Когда звезды третьего поколения исчерпывают запасы топлива, они взрываются как сверхновые. Этот процесс сопровождается кратковременным, но чрезвычайно мощным выбросом энергии. В ходе взрыва и в последующие периоды формируются металлы: элементы до железа синтезируются в недрах звезд, а более тяжелые, такие как золото и уран, образуются преимущественно в r-процессе (в том числе и при слиянии нейтронных звезд).
Волна, возникшая при взрыве сверхновой, распространяла эти элементы в космическом пространстве. Газ и пыль, содержащие тяжелые металлы, перемешивались с изначальным водородом и гелием. Из этой смеси создавалось следующее поколение звезд, уже включающее в себя тяжелые металлы. С каждым таким циклом возникали новые светила и, что немаловажно, планеты, вращающиеся вокруг них.
Многие астрономы активно ищут объекты, сохранившие признаки эпохи, когда формировались остатки первых сверхновых. Речь идет о звездах поколения II. Эти древние звезды содержат незначительное количество тяжелых элементов и позволяют ученым понять, как эволюционировала материя в эпоху, последовавшую за рождением Вселенной.
Международная группа ученых во главе с Александром Джи провела исследование, в результате которого стало известно, что ( Alexander Ji) астрономы из Чикагского университета в Соединенных Штатах Америки обнаружили звезду, отличающуюся крайне низким содержанием металлов. Этот объект расположен в соседней галактике Большое Магелланово Облако на расстоянии 81,5 тысяч световых лет от Солнца.
Звезда, занесенная в каталог под номером SDSS J0715-7334 — демонстрирует умеренно низкую температуру поверхности, составляющую 4700 кельвинов. Общее содержание металлов в ней составляет всего 0,8 частей на миллион, что приблизительно в 20 тысяч раз меньше, чем в Солнце, и в 10 раз меньше, чем у предыдущего рекордсмена — SMSS J0313–6708.
Астрономы обнаружили, что в SDSS J0715-7334 практически нет железа — и это вполне логично, ведь некоторые очень древние звезды тоже почти не содержат тяжелых элементов. Но неожиданным стало другое — у звезды оказалось очень низкое содержание углерода. Обычно у таких «чистых» и старых светил углерода, наоборот, много, потому что он помогает облаку газа охлаждаться, что способствует образованию звезд.
Это фундаментальное отличие указывает на то, что SDSS J0715-7334 могла сформироваться совершенно иным путем, чем ее «собратья». Современные модели звездообразования гласят, что для формирования звезды размером с SDSS J0715-7334 необходим относительно небольшой и холодный сгусток газа. Чтобы газ мог охладиться и сжаться, обычно требуются элементы (например, углерод) с эффективными электронными переходами и спектральными линиями, которые позволяют газу быстро терять тепло и коллапсировать. Отсутствие углерода в составе звезды ставит под сомнение этот сценарий.
Иными словами, SDSS J0715-7334 получилась бедной по содержанию тех элементов, которые обычно встречаются в других древних звездах.
Джи и его соавторы выдвинули иное толкование этого явления. Вероятно, охлаждение в рассматриваемом случае обеспечивала не углеродная структура, а космическая пыль, состоящая из частиц тяжелых элементов. Микроскопические частицы пыли способны поглощать энергию и впоследствии переизлучать ее в виде тепла, преимущественно в инфракрасной области спектра. Данный механизм играет ключевую роль в поддержании температуры межзвездной среды и способствует снижению температуры газа. Однако на текущий момент недостаточно прямых свидетельств, подтверждающих, что охлаждение посредством пыли играло столь значимую роль в ранней Вселенной.
По мнению исследователей, температура газа в различных областях космоса, вероятно, отличается. Однако, это лишь предположение, поскольку на данный момент не существует достаточных данных, способных его подтвердить или опровергнуть.
Если гипотеза верна, SDSS J0715-7334 открывает новое окно в прошлое космоса. Это значит, что условия формирования первых светил были неодинаковыми. В Большом Магеллановом Облаке звезды могли рождаться иначе, чем в Млечном Пути. В таком случае открытие поможет уточнить, как именно появились первые химические элементы и как быстро шло обогащение материи тяжелыми металлами.
Препринт работы опубликован на сайте Корнеллского университета.