Самая первая звезда

Настолько далеко в прошлое, насколько астрономы имели возможность углубиться, во Вселенной были следы тяжелых элементов, таких как углерод и кислород. Эти элементы, изначально перемешанные взрывом массивных звезд, сформировали основы для планет и, в конечном счете, жизни на Земле.

Сегодня исследователи из МТИ (Массачусетский технологический институт), Калифорнийского Технологического Института и Университета Калифорнии в Сан-Диего пристально взглянули в далекое прошлое — в эру первых звезд и галактик — и обнаружили материю без видимых следов тяжелых элементов. Чтобы сделать эти замеры, команда специалистов провела анализ света из самого удаленного из известных квазара, из ядра галактики удаленной на более чем 13 миллиардов световых лет от Земли.

Данные наблюдения за квазаром обеспечили снимком Вселенной на её раннем этапе развития — всего лишь 750 миллионов лет после начального взрыва, который её создал. Анализ светового спектра квазара показал отсутствие свидетельств тяжелых элементов в окружающем газообразном облаке, а это может значить, что этот квазар датируется эрой, близкой к первым звездам.

«Первые звезды формируются в разных местах во Вселенной. Это не так, что они вспыхнули в одно и то же время, — говорит Роберт Симкоу, доцент-профессор физики из МТИ. — Но это то самое время, в которое становится интересно».
Симкоу и его коллеги опубликовали результаты их работы на этой неделе в журнале «Nature».

Упершись в дно Вселенной.

Основываясь на многочисленных теоретических моделях, большинство ученых соглашаются с главной последовательностью событий в период раннего развития Вселенной: около 14 миллиардов лет назад колоссальный взрыв, известный сейчас как Большой Взрыв, выбросил огромное количество материи и энергии, создав быстро расширяющуюся Вселенную. За минуты после взрыва протоны и нейтроны столкнулись в ядерной реакции, создав водород и гелий.
В конце концов, Вселенная охладилась до точки, когда реакция перестала генерировать эти простейшие элементы, сделав водород доминирующей составляющей во Вселенной. Более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород, не сформируются до появления первых звезд.

Астрономы пытались установить время, в котором первые звезды были рождены по анализу света из более удаленных тел (чем больше объект удален, тем он старше). До настоящего момента ученые были в состоянии наблюдать лишь объекты, которые не старше чем примерно 11 миллиардов лет. Все эти объекты выявляют в себе тяжелые элементы, предполагая, что количество звезд уже было большим или, по меньшей мере, хорошо известным в тот момент истории Вселенной.

«Сообщество астрофизиков вроде как уперлось в дно, — говорит Симкоу, астрофизик из Института Астрофизики и космических исследований Кавли МТИ. — Когда квазар был открыт, мы смогли совершить что-то вроде прыжка назад во времени и сделать замеры существенно более ранних этапов.

Поиск пустоты.

Упомянутый квазар открыт в августе 2011, что делает его самым удаленным из такого рода объектов. Для изучения таких удаленных объектов, Симкоу и его коллеги построили инфракрасный спектрометр, который они подогнали к телескопу Магеллана — большому наземному телескопу в Чили. В минувшем январе команда навела телескоп на новооткрытый квазар и собрала данные из его излучения.
Спектрометр разделил входящий луч на свет разных волн, которые команда фиксировала на графике. Симкоу позже искал контрольные провалы в данных, связывая разные длины волн с испускаемым разными элементами светом.

«Каждый элемент имеем свой отпечаток пальца, — поясняет Симкоу. — Основываясь на том, что свет в себя вобрал, можно понять химический состав».

Симкоу и его коллеги определили присущий квазару спектр — количество света, естественно излучаемого таким объектом, и сравнили его с данными наблюдений, чтобы выявить присутствие тяжелых элементов. Группа нашла свидетельства водорода, но не кислорода, кремния, железа или магния в световых данных. Но подтверждение отсутствия признаков тяжелых элементов было сложной задачей.

«Всегда сложно установить отсутствие чего бы то ни было» — говорит Симкоу.
Для этого исследователи рассмотрели все остальные сценарии происхождения наблюдаемых ими световых образцов, включая рождение новой галактики и другую материю, расположенную перед квазаром. Их усилиями максимально подтверждено, что световой спектр квазара выявляет отсутствие тяжелых элементов 750 миллионов лет после Большого Взрыва.

«Рождение первой звезды — это один из этих важных моментов в истории Вселенной, — говорит Симкоу. — Это идет с наблюдения, как ранняя Вселенная, которая состояла из газа и темной материи, к наблюдениям, как она выглядит сегодня, где есть звезды и галактики… Это та точка, в которой Вселенная начала походить на ту, которую мы знаем сегодня. И довольно поразительно, как рано это случилось. Не потребовалось много времени».

Джон О’Мэра, доцент-профессор физики из колледжа святого Майкла Вермонта, говорит, что пока ученным только предстоит исследовать куда более удаленные квазары, открытие группой из МТИ — это «впечатляющий и важный шаг в продвижении наших познаний о Вселенной на заре её существования».

«До этих данных мы не видели регионов Вселенной, столь старых и лишенных тяжелых элементов, таким образом, у нас не хватало звена в понимании того, как развивался химический состав вселенной с течением времени, — добавляет О’Мэра. — Это открытие возможно дает взглянуть нам на такую редкую среду, где звездам еще только предстоит сформироваться».

Забегая вперед, Симкоу надеется проанализировать другие квазары из этого раннего периода, чтобы в дальнейшем подтвердить отсутствие тяжелых элементов.
«Если мы может находить объекты этой эпохи, мы можем начать их характеризовать, — говорит он, — Всегда есть что-то интересное на краю».

Перевод: А. Кот.
Редактура: И. Тирский.
Источник: MIT News.



Читайте также:


Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Instagram