За допомогою Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO) дослідники вперше знайшли «відбитки пальців», залишені після вибуху перших зір у Всесвіті. Вони виявили три віддалені газові хмари, хімічний склад яких відповідає тому, що, згідно з передбаченням астрономів, має залишатися від вибухів перших зір. Ці знахідки наближають нас до розуміння природи перших зірок, які утворилися після Великого Вибуху.
«Вперше в історії ми змогли ідентифікувати хімічні сліди вибухів перших зір у дуже віддалених газових хмарах», — сказав Андреа Саккарді (Andrea Saccardi), аспірант Паризької обсерваторії, який керував цим дослідженням під час підготовки магістерської роботи у Флорентійському університеті.
Дослідники вважають, що перші зорі у Всесвіті сильно відрізнялися від тих, які ми бачимо сьогодні. Коли вони виникли 13,5 мільярдів років тому, вони містили лише водень і гелій, найпростіші хімічні елементи в природі. Адже через кілька хвилин після Великого Вибуху єдиними елементами, присутніми у Всесвіті, були три найлегші: водень, гелій і дуже невелика кількість літію. Важчі елементи утворилися в зорях набагато пізніше.
Перші зорі, що, як вважають астрономи, були в десятки чи сотні разів масивніші, ніж Сонце, швидко загинули внаслідок потужних вибухів, відомих як наднові. І вперше збагатили навколишній газ більш важкими елементами. Пізніші покоління зір народжувалися з цього збагаченого газу, і, так само, викидали важчі елементи, коли вони також гинули. Але найперші зорі вже давно в минулому, тож як дослідники можуть дізнатися про них більше? «Перші зорі можна вивчати опосередковано, виявляючи хімічні елементи, які вони розсіяли у своєму середовищі у момент своєї смерті», — сказала Стефанія Сальвадорі (Stefania Salvadori), доцент Флорентійського університету та співавтор дослідження. Його результати оприлюднив Astrophysical Journal.
На підставі даних спостережень, отриманих за допомогою ESO VLT у Чилі, наукова група виявила три дуже віддалені газові хмари. Їх спостерігали, коли вік Всесвіту становив лише 10–15% від його нинішнього віку. Ці хмари містять хімічний відбиткок, який відповідає тому, що астрономи очікують від вибухів перших зір. Залежно від маси ранніх зір і енергії їх вибухів, ці перші наднові вивільняли різні хімічні елементи, такі як вуглець, кисень і магній, що присутні у зовнішніх шарах зірок. Але деякі з цих вибухів були недостатньо сильними, щоб викинути важчі елементи, такі як залізо, яке міститься лише в ядрах зір. Щоб знайти ознаки цих найперших зірок, які вибухнули як наднові низької енергії, наукова група шукала віддалені газові хмари, бідні на залізо, але багаті іншими елементами. І вони знайшли саме це: три далекі хмари в ранньому Всесвіті з дуже невеликою кількістю заліза, але з великою кількістю вуглецю та інших елементів — відбиток вибухів найперших зір.
Цей особливий хімічний склад також спостерігали у багатьох старих зір у нашій галактиці, які дослідники вважають зорями другого покоління. Вони утворилися саме з «попелу» перших. Нове дослідження виявило такий попіл у ранньому Всесвіті, таким чином додавши відсутню частину до цієї головоломки. «Наше відкриття вказує на нові шляхи для непрямого вивчення природи перших зір, повністю доповнюючи дослідження зірок у нашій галактиці», — пояснила Сальвадорі.
На цій діаграмі показано, як астрономи можуть аналізувати хімічний склад віддалених хмар газу, використовуючи світло об’єкта тла, наприклад квазара, як маяк. Коли світло квазара проходить крізь газову хмару, хімічні елементи в ньому поглинають різні кольори або довжини хвилі, залишаючи темні лінії в спектрі квазара. Кожен елемент залишає різний набір ліній, тому, вивчаючи спектр, астрономи можуть визначити хімічний склад газової хмари. Авторські права на зображення: ESO/ L. Calçada (L. Кальсада). Фото з сайту www.eso.org.
Щоб виявити та вивчити ці віддалені газові хмари, наукова група використала світлові маяки, відомі як квазари — дуже яскраві джерела, що отримують енергію від надмасивних чорних дір у центрах далеких галактик. Коли світло від квазара подорожує Всесвітом, воно проходить крізь газові хмари, де різні хімічні елементи залишають на ньому відбитки.
Щоб знайти ці хімічні відбитки, наукова група проаналізувала дані кількох квазарів, які спостерігали за допомогою інструменту X-shooter на VLT ESO. Спектрограф X-shooter розділяє світло на надзвичайно широкий діапазон довжин хвиль або кольорів, що робить його унікальним інструментом. За його допомогою якого можна ідентифікувати багато різних хімічних елементів у таких далеких хмарах.
Це дослідження «відчиняє нові вікна» для телескопів та інструментів наступного покоління, таких як майбутній Надзвичайно великий телескоп (Extremely Large Telescope, ELT) ESO і його спектрограф високої дисперсії ArmazoNes (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, ANDES) з високою роздільною здатністю. «Завдяки ANDES ми зможемо докладніше вивчити багато з цих хмар рідкісних газів і нарешті розкрити таємничу природу перших зір», — підсумувала Валентина Д’Одоріко (Valentina D’Odorico), дослідник Національного центру Інститут астрофізики в Італії та співавтор дослідження.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
