Чем первозвёзды Вселенной отличались от современных? Они не были одиноки — узнали астрономы

Мы живём в эпоху, когда человечество впервые заглядывает в самые древние эпохи Вселенной. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST), оснащённый сверхчувствительной инфракрасной оптикой, позволяет увидеть свет, идущий к нам из первых сотен миллионов лет после Большого взрыва — периода, который астрономы называют Космическими Тёмными веками.

Недавнее открытие международного проекта BLOeM (Бинарность при низкой металличности) предлагает новый взгляд на этот период. Учёные утверждают: первые звёзды Вселенной, так называемое население III, формировались не поодиночке, а попарно.

"Мы нашли первые прямые доказательства того, что даже при крайне низком содержании тяжёлых элементов массивные звёзды образовывались в двойных системах", — поясняет Томер Шенар, астроном из Тель-Авивского университета.

Эпоха тьмы и рождение света

После Большого взрыва Вселенная почти на 400 миллионов лет погрузилась в тьму. В это время существовали лишь водород, гелий и небольшие следы лития — никаких звёзд, никаких планет. Всё изменилось, когда из этих простейших элементов начали формироваться первые звёзды — популяция III.

Они были колоссальными — до 1000 солнечных масс, очень горячими, чрезвычайно яркими и жили всего несколько миллионов лет. В их недрах начались термоядерные реакции, которые впервые породили тяжёлые элементы: углерод, кислород, железо. Когда эти звёзды взрывались как сверхновые, они наполняли пространство "строительным материалом" для последующих поколений звёзд и планет.

Сравнительные характеристики звёзд

Откуда пришла идея двойных звёзд

Современные наблюдения показывают: до 85% массивных звёзд существуют в кратных системах. Поэтому вопрос о том, формировались ли первозвёзды парами, оставался открытым.

Если звёзды рождаются близко друг к другу, они могут обмениваться веществом или сливаться, создавая новые типы объектов — нейтронные звёзды, чёрные дыры, сверхновые двойного происхождения. Именно такие взаимодействия могли стать первыми источниками рентгеновского излучения и ускорить реионизацию Вселенной, то есть превращение газа из нейтрального состояния в ионизированное.

"Двойные системы играли решающую роль в ранней эволюции галактик — от рождения сверхмассивных чёрных дыр до распространения тяжёлых элементов", — отмечает соавтор исследования Хьюз Сана из Католического университета Лёвена.

Как ученые нашли доказательства

Изучать реальные звёзды популяции III невозможно — они вымерли миллиарды лет назад. Поэтому команда BLOeM искала современные аналоги в средах с низким содержанием металлов.

Для этого учёные использовали Очень Большой Телескоп (VLT) в Чили и проанализировали спектры около 1000 звёзд Малого Магелланова Облака (ММО) - ближайшей к нам карликовой галактики, чьи химические свойства напоминают раннюю Вселенную.

Анализ показал: 70% массивных звёзд в ММО вращаются вокруг компаньонов. Это стало убедительным доказательством, что двойные системы доминировали уже в ранней Вселенной.

Почему это важно

Открытие BLOeM имеет глубокие космологические последствия:

• Формирование чёрных дыр. Если первозвёзды образовывались парами, их слияния могли давать начальные "зародыши" сверхмассивных чёрных дыр, которые мы видим в центрах галактик.
• Реионизация. Двойные системы выделяют больше ультрафиолетового излучения, ускоряя процесс просветления Вселенной.
• Обогащение металлами. Взрывы двойных сверхновых производят больше тяжёлых элементов.
• Источники гравитационных волн. Первые звёздные пары могли стать предками слияний чёрных дыр, регистрируемых обсерваторией LIGO.

А что если…

А что если во Вселенной существовали тройные или множественные системы первозвёзд? Возможно, некоторые из них сливались каскадно, создавая гигантские выбросы энергии и первичные квазары. Это могло объяснить, почему сверхмассивные чёрные дыры уже существовали, когда Вселенной было менее миллиарда лет.

Плюсы и минусы открытия BLOeM

FAQ

Почему первые звёзды не наблюдаются напрямую?
Они погибли миллиарды лет назад, и их свет недостижим даже для JWST. Учёные изучают их влияние через химический состав древних галактик.

Почему низкая металличность важна?
Чем меньше тяжёлых элементов, тем ближе условия к тем, что существовали вскоре после Большого взрыва.

Как двойные системы влияют на галактики?
Они создают более мощные вспышки, выбрасывают больше энергии и обогащают космос металлами, влияя на скорость формирования звёзд.

Мифы и правда

• Миф: двойные системы — редкость.
  Правда: большинство массивных звёзд существуют как минимум в парах.
• Миф: первые чёрные дыры образовались из одиночных звёзд.
  Правда: новые данные показывают, что их могли породить слияния двойных систем.

3 интересных факта

1. Космический телескоп "Уэбб" способен видеть свет, излучённый всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва.
2. Магеллановы Облака — ближайшие лаборатории, где можно наблюдать процессы, напоминающие условия древней Вселенной.
3. Звёзды популяции III, хотя и вымерли, оставили "генетический след" — тяжёлые элементы, из которых состоит современная Вселенная.

Исторический контекст

До эпохи JWST представления о ранней Вселенной строились исключительно на моделях. Но теперь, наблюдая древнейшие галактики, астрономы начинают реконструировать реальные процессы рождения света из тьмы.

Проект BLOeM стал логическим продолжением этой работы. Его результаты помогут уточнить не только сценарии звёздообразования, но и происхождение сверхмассивных чёрных дыр, гравитационных волн и химической эволюции галактик.

Открытие двойных систем среди первозвёзд — напоминание о том, что даже в первые мгновения космоса Вселенная уже была сложной, динамичной и взаимодействующей.