В ранней Вселенной взрывы сверхновых стали источником воды

Новости МирТесен

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

Звездные скопления классифицируются в зависимости от их возраста и содержания металлов (металличности). Звездные популяции, такие как наше Солнце, характеризующиеся молодостью и высоким содержанием металлов, относят к первому поколению. Более старые звезды с низким содержанием металлов относятся ко второму поколению. Самые древние звезды, сформировавшиеся в первые моменты существования Вселенной, определяются как звезды третьего поколения.

Несмотря на то, что звезды населения III не были непосредственно зафиксированы, анализ их предполагаемых потомков указывает на то, что они обладали значительной массой и состояли преимущественно из водорода и гелия. В новой научной работе авторы выдвигают предположение о том, что после взрыва сверхновой эти уникальные характеристики распространились по Вселенной в виде воды.

Для проверки предложенной гипотезы ученые провели компьютерное моделирование взрывов как крупных примитивных звезд (массой в 200 раз превышающей массу Солнца), так и более мелких примитивных звезд (массой в 13 раз больше массы Солнца). Предполагается, что крупные звезды сформировались из первобытных газовых облаков, а небольшие – позднее, в первых областях звездообразования. Обе группы звёзд 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.

«Ключевыми регионами формирования водяного льда в этих остатках являются плотные центральные области молекулярных облаков, которые в отдельных случаях содержали первобытный лед 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 широко распространенное представление о том, что на ранних этапах существования Вселенной воды было недостаточно. Тем не менее, у них есть свои ограничения: они не объясняют наблюдаемую дефицитность воды в современной Вселенной. Если первоначально воды присутствовало значительное количество, то к настоящему моменту ее концентрация должна была бы быть выше

Тем не менее, исследования демонстрируют, что ионизация Вселенной и другие последующие процессы способны приводить к разрушению молекул воды, вследствие чего космос мог пройти через период дефицита влаги. В связи с этим вода, обнаруженная в современных молекулярных облаках, могла быть произведена звездами I и II поколений. Существует даже вероятность того, что часть этой воды продолжает поступать из объектов ранних звездных популяций. сверхновых.