Согласно последним моделям, именно первые сверхновые стали источником значительного количества воды в ранней Вселенной. Молекулярные облака, возникшие вследствие этих взрывов, предположительно содержали от 10 до 30 раз больше воды, чем современные облака в Млечном Пути. Ученые полагают, что в этих облаках было достаточно воды и других необходимых элементов, чтобы создать условия для возникновения жизни уже через 100 миллионов лет после Большого взрыва.
Вода – одно из наиболее распространенных соединений, встречающихся во Вселенной. Помимо Земли, она присутствует на поверхности Марса и под ней, вокруг и на поверхности крупных спутников газовых гигантов, в ледяных оболочках комет, на Луне и в других местах. Вода обнаружена и на многих экзопланетах, расположенных в нашей галактике, а также в межзвездных молекулярных облаках.
Считается, что вода постепенно скапливалась во Вселенной в результате взаимодействия водорода, самого распространенного элемента, и кислорода, образующегося в сердце звезд и выбрасываемого при взрыве их сверхновых. Поэтому считается, что в ранней Вселенной вода встречалась реже, чем сегодня.
Согласно недавнему совместному исследованию Портсмутского университета и Университета Объединенных Арабских Эмиратов, ситуация может быть иной. Вода, ранее считавшаяся редким веществом, возможно, присутствовала в ранней Вселенной в значительном количестве, поскольку самые первые сверхновые внесли существенный вклад в обогащение водными парами окружающей среды.
«Наши исследования показали, что важный ингредиент для жизни уже существовал во Вселенной в период от 100 до 200 миллионов лет после Большого взрыва. Кроме того, моделирование указывает на то, что вода, скорее всего, играла ключевую роль в формировании первых галактик », — отмечают авторы исследования, которое было предварительно размещено на платформе .
От 10 до 30 раз больше воды, чем в Млечном Пути
Классификация звездных популяций основана на их возрасте и содержании металлов (металличности). Звездные популяции, характеризующиеся молодостью и высоким содержанием металлов, например, Солнце, относят к популяции I. Более старые звезды с меньшим содержанием металлов классифицируются как популяция II. Звезды, сформировавшиеся в ранние этапы эволюции Вселенной и обладающие самым большим возрастом, принадлежат к популяции III.
Звезды населения III не были непосредственно зафиксированы, однако, анализ их «потомков» указывает на то, что они были чрезвычайно массивными и состояли только из водорода и гелия. Новое исследование предполагает, что после взрыва сверхновой их уникальные характеристики распространились по всей Вселенной, образовав воду.
Чтобы проверить выдвинутую гипотезу, ученые провели моделирование взрывов массивных звезд ранних поколений (их масса в 200 раз превышала массу Солнца) и менее массивных звезд ранних поколений (в 13 раз больше массы Солнца). Предполагается, что более массивные звезды образовались из облаков газа, существовавших на ранних этапах формирования Вселенной, а менее массивные — позднее, в уже существующих звездных системах. Обе группы звезд характеризовались низким содержанием металлов.
Малые звезды завершали свой жизненный цикл взрывами, становясь сверхновыми. Крупные звезды, наоборот, взрывались как яркие парно-нестабильные сверхновые. Образование классических сверхновых связано либо с гравитационным сжатием ядра звезды, либо с термоядерной реакцией, спровоцированной значительной потерей внешнего слоя (например, под воздействием близлежащего белого карлика). Парно-нестабильные сверхновые, в свою очередь, возникают в результате аннигиляции электронов и позитронов, что вызывает заметные колебания перед взрывом.
Результаты моделирования указывают на то, что примитивные сверхновые внесли существенный вклад в увеличение содержания воды в окружающей среде. Полученные данные свидетельствуют о том, что молекулярные облака, сформировавшиеся из звездных остатков, могли содержать от 10 до 30 раз больше воды, чем наблюдается в нашей галактике в настоящее время. Исследователи полагают, что в этих молекулярных облаках было достаточно воды и других элементов для потенциального стимулирования возникновения жизни в первых галактиках, сформировавшихся спустя 100–200 миллионов лет после Большого взрыва.
«Вода в основном образуется в плотных ядрах молекулярных облаков, которые в отдельных случаях содержат воду, образовавшуюся на заре формирования Вселенной, в концентрациях, лишь незначительно превышающих те, что наблюдаются в современной Солнечной системе », — говорят исследователи. «Указанные плотные пылевые ядра также могут стать местом зарождения протопланетных дисков ».
Полученные данные ставят под вопрос распространенное предположение о том, что ранняя Вселенная характеризовалась дефицитом воды. Вместе с тем, они не объясняют, почему в современной Вселенной наблюдается недостаток воды. Если в ранней Вселенной воды было достаточно, то в настоящее время ее концентрация должна была бы быть выше.
Исследования демонстрируют, что ионизация Вселенной и другие последующие процессы способны разрушать молекулы воды, что предполагает возможность периода «высыхания» в космосе. В связи с этим, вода, обнаруженная в современных молекулярных облаках, вероятно, образовалась из звезд I и II поколений. Существует вероятность, что часть этой воды продолжает поступать от примитивных сверхновых.