Содержание
Когда во Вселенной появились первые звезды?
Астрономов давно интересует ранняя Вселенная и их любопытство оправданно – самые первые звезды и галактики сильно отличаются от тех, что мы наблюдаем вокруг. Так, звезды, сформировавшиеся примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва, имеют иной состав и чаще всего собираются в группы, которые ученые называют шаровыми скоплениями. Как правило они окружают далекие галактики, однако определить их точный возраст непросто. К счастью, запуск космической обсерватории Джеймс Уэбб на околоземную орбиту поможет астрономам изучить одну из самых древних звезд на просторах Вселенной – Мафусаил. Возраст этого небесного тела оценивается более чем в 12 миллиардов лет, а некоторые исследователи ранее утверждали, что Мафусаил старше самой Вселенной (возраст последней, напомним, составляет 13,8 млрд лет). Но как такое возможно и откуда взялись эти парадоксальные цифры? Давайте разбираться!
Всего несколько десятилетий назад звезда Мафусаил считалась старше самой Вселенной
Звезда Мафусаил – самая древняя из всех известных звезд, расположенная в созвездии Весов, на расстоянии 190 световых лет от Солнечной системы.
Всего несколько десятилетий назад эту звезду считали старше самой Вселенной.
Первые звезды и галактики
Астрономия подобна машине времени, поскольку мы можем смотреть на события, произошедшие миллиарды лет назад. Глядя на объекты, возникшие вскоре после того, как Большой взрыв сформировал нашу Вселенную, мы можем узнать много нового о происхождении галактик, звезд и экзопланет. Считается, что их возраст не может превышать отметку в 13,8 миллиардов лет, о чем свидетельствует реликтовое излучение – свет от первичной плазмы ранней Вселенной, оставшийся после Большого взрыва.
Напомним, что реликтовое излучение свидетельствует об экстремально горячей температуре ранней Вселенной и равномерно заполняет пространство, согласуясь с теорией Большого взрыва.
Определить возраст Вселенной также можно наблюдая за самыми далекими небесными объектами. Это особенно касается первых звезд и галактик, поисками которых занимаются астрономы со всего мира.
Их главным помощником сегодня является космическая обсерватория Джеймс Уэбб, запущенная на околоземную орбиту ранее в этом году. Это чудо техники серьезно расширяет горизонт космических наблюдений, о чем мы недавно рассказывали здесь (и здесь).
Состав самых удаленных от Земли звезд сильно отличается от тех, что мы наблюдаем поблизости
Напомним, что Уэбб приступил к полноценной работе летом этого года, однако полученные с его помощью данные уже помогли астрономам детально рассмотреть огромное количество удаленных объектов, включая звезду Мафусаил, о возрасте которой слагали легенды. Так, в 2000 году считалось, что эта древняя звезда старше самой Вселенной, а ее примерный возраст оценивали в 16 миллиардов лет.
Еще больше интересных статей о звездах и галактиках во Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!
Дальнейшие исследования опровергли первые предположения, указав, что звезда родилась примерно 14,46 миллиардов лет назад.
Эти противоречивые данные в конечном итоге превратили звезду Мафусаил в самый настоящий космический парадокс, так как ничто не может быть старше Вселенной.
Самая древняя звезда во Вселенной
Чтобы разобраться с происхождением Мафусаила, который находится на расстоянии 190 световых лет от Солнечной системы, астрономы обратили внимание на данные фотометрии, интенсивности свечения и спектроскопии. Все потому, что большинство химических компонентов, составляющих наблюдаемую Вселенную, образовались в ядрах массивных звезд или под огромным давлением их окончательного коллапса (гибели).
В одной только наблюдаемой вселенной обитает 200 миллиардов триллионов звезд.
Каждое новое поколение звезд содержит несколько иное сочетание элементов, чем предыдущее, а их химический отпечаток должен сильно отличаться от отпечатка звезд, подобных нашему Солнцу, – объясняют специалисты.
Астрономы изучили соотношение водорода и гелия в самых далеких небесных светилах, обратив внимание на шаровые скопления.
С их помощью, как вероятно знает уважаемый читатель, можно определить, относится ли та или иная звезда к первому поколению всех существующих на просторах Вселенной объектов. И, как ранее установили ученые, звезда Мафусаил состоит преимущественно из гелия и водорода.
Исследования, проведенные после 2000 года показали, что приблизительный возраст этой древней звезды составляет не менее 14,46 миллиардов лет с погрешностью в 700-800 миллионов. И эта цифра (в отличие от 16 млрд) более-менее укладывается в ранее обозначенный возраст нашего космического дома.
Не пропустите: От облаков до компьютерной симуляции: как рождаются звезды?
Карта реликтового излучения
К счастью, научные изыскания последних двух лет прояснили ситуацию: согласно недавно полученным оценкам, возраст Мафусаила не превышает 13,6 миллиардов лет, что совместимо с временем образования некоторых старейших звезд. И, как показали расчеты 2021 года, эта удивительная звезда на 1,8 миллиарда лет моложе Вселенной.
Шаровые скопления и возраст Вселенной
К похожим оценкам возраста Вселенной пришли авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters. Изучая удаленные шаровые скопления астрономы пришли к выводу, что самые древние светила могли образоваться примерно 13 миллиардов лет назад. В ходе работы ученые опирались на данные космического телескопа Джеймс Уэбб, с помощью которого им удалось проанализировать длину световых волн, исходящих от очень далеких звездных скоплений.
древние шаровые скопления на снимке «Джеймса Уэбба»
Интересный факт
Галактика Млечный Путь насчитывает около 150 шаровых скоплений. Их история еще недостаточно изучена астрономами, и измерить их возраст может быть чрезвычайно сложно.
По словам астронома Аделаиды Клэйссенс из Стокгольмского университета, до Уэбба было практически невозможно выявить шаровые скопления из-за огромного расстояния между ними и Землей. Но с помощью новейшей космической обсерватории, ранее недоступные для наблюдений объекты удалось обнаружить и как следует рассмотреть.
Снимок высокого разрешения, полученный с помощью Уэбба, содержит тысячи галактик и плотные группы из миллионов звезд. Эти древние коллекции могут содержать подсказки о самых ранних этапах формирования Вселенной. Напомним, что обсерватория Джеймс Уэбб отслеживает инфракрасное излучение, которое представляет собой тепло, способное проникать сквозь пылевые облака – область, увидеть которую всего несколько месяцев назад считалось невозможным.
После Большого взрыва наша Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью. Однако объяснить почему это происходить исследователи пока не могут
Вам будет интересно: Новое значение постоянной Хаббла: почему Вселенная расширяется с ускорением?
В ходе исследования было получено три изображения 12 шаровых скоплений в инфракрасном диапазоне, пять из которых являются самыми древними из когда-либо обнаруженных. Только представьте, сколько удивительных открытий ожидает нас впереди, ведь обсерватория Джеймс Уэбб приступила к работе совсем недавно.
Не исключено, что уже совсем скоро мы узнаем много нового о рождении, эволюции и возрасте Вселенной, а также о самых первых сформированных в ней объектах.
они все были частью космических блинчиков
Новое исследование предполагает, что первые звезды могли образоваться не по отдельности, а как крошечные участки гигантских, похожих на блины, листов.
Related video
В новой статье для журнала The Astrophysical Journal Letters, которая еще не прошла полную рецензию, международная группа ученых предлагает новую теорию образования первых звезд. Ученые считают, что они могли сформироваться не по отдельности, а как крошечные участки гигантских, похожих на блины, листов. Таким образом, это привело бы к появлению действительно гигантских звезд, которые сможет обнаружить космический телескоп Уэбба, пишет Space.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
Большую часть нашей Вселенной, как считают ученые, занимает таинственная темная материя.
Но до сих пор не известно из чего она состоит.
Холодная темная материя
Согласно теории о холодной темной материи, которая является основной для нынешней космологической модели Вселенной, этот вид темной материи состоит из какой-то экзотической частицы, которая обычно двигается намного медленнее скорости света. Но у этой теории есть свои недостатки.
Например, модель холодной темной материи предсказывает наличие гораздо большего количества вещества в центрах галактик, чем наблюдают астрономы, и предсказывает гораздо больше маленьких галактик-спутников, чем можно обнаружить.
Одним из способов устранить этот недостаток – это сделать холодную темную материю немного «нечеткой». Если темная материя состоит из невероятно крошечных частиц, тогда она будет достаточно легкой, чтобы ее квантово-механическая волнообразная природа проявилась в больших масштабах. Таким образом, вместо того, чтобы эти частицы существовали в виде отдельных точек, они разбросаны по областям космоса размером до 1000 световых лет.
Таким образом нечеткая структура темной материи не позволяет ей строить структуры размером менее 1000 световых лет.
В новой статье для журнала The Astrophysical Journal Letters, которая еще не прошла полную рецензию, международная группа ученых предлагает новую теорию образования первых звезд. Ученые считают, что они могли сформироваться не по отдельности, а как крошечные участки гигантских, похожих на блины, листов
Фото: SciTechDaily
Экзотическая темная материя
В новой статье ученые описывают свою модель ранней Вселенной и появления первых звезд. Они допустили, что темная материя является «нечеткой» и это меняет эволюцию обычной материи и развитие звезд.
Для образования звезд и галактик нужна темная материя. Поскольку Вселенная постоянно расширяется, нужна гравитация, чтобы сгусток газа соединился вместе, стал очень плотным и в результате синтеза образовалась звезда.
Но во Вселенной недостаточно обычной материи, чтобы это произошло. Своеобразным гравитационным тягачом выступает темная материя, которая притягивает достаточно обычной материи для образования звезд и галактик. Поэтому, если изменить свойства темной материи, значит эволюция звезд и галактик также изменится.
Космические блины
Моделирование ученых показало, что, когда темная материя становится нечеткой, это меняет представление о том, как формируются звезды. В модели холодной темной материи звезды сначала появляются глубоко внутри маленьких участков, разбросанных по всему космосу. Но из нечеткой темной материи сначала формируются гигантские двумерные листы, напоминающие блины.
Затем блин быстро распадается на отдельные участки, которые в конечном итоге превращаются в звезды. Но из-за того, что у этих блинов очень большая масса и они так быстро разрушаются, самые первые звезды оказываются намного больше, чем предсказывает модель холодной темной материи. Эти первые звезды могут достигать массы, которая в миллион раз больше массы Солнца.
В то время как холодная темная материя может создавать звезды с массой в сотни раз больше массы Солнца.
По словам ученых, из-за того, что первые звезды имеют такие огромные размеры, они не могут долго существовать и взрываются сверхновыми. Когда это произошло и исчезли космические блины, только после этого началось нормальное формирование звезд и Вселенная стала такой, какой мы ее знаем сейчас, считают ученые.
Хотя космический телескоп Уэбба не сможет увидеть эти первые звезды, он может получить изображения некоторых из первых галактик, в которых могли сохранится остатки этих первых звезд. А если он их не увидит, то это может подтвердить новую теорию ученых о том, что первые звезды появились очень быстро и так же быстро исчезли. Хотя все еще есть шанс обнаружить хотя бы излучение самых первых сверхновых.
Фокус уже писал о том, что ученые проверили теорию относительности Эйнштейна в космическом масштабе и обнаружили в ней нестыковки.
Первые звезды во Вселенной образовались раньше, чем предполагалось
Первые звезды Вселенной образовались даже раньше, чем предполагали астрономы, предполагает новое исследование.
Исследователи, исследующие раннюю Вселенную, не обнаружили признаков звезд первого поколения в галактиках, существовавших всего от 500 миллионов до 1 миллиарда лет после Большого Взрыва .
«Эти результаты имеют глубокие астрофизические последствия, поскольку они показывают, что галактики должны были сформироваться намного раньше, чем мы думали», — ведущий автор исследования Рачана Бхатаудекар, научный сотрудник Европейского космического агентства (ЕКА), говорится в заявлении (открывается в новой вкладке).
Связанный: Взгляд назад на Большой взрыв и раннюю вселенную (изображения)
Художественная иллюстрация ранней вселенной. (Изображение предоставлено ЕКА/Хабблом, М. Корнмессером и НАСА)
Бхатаудекар и ее коллеги использовали космический телескоп Хаббла НАСА/ЕКА , космический телескоп НАСА Спитцер и Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории в Чили, чтобы охотиться за «населением».
III» в различных далеких галактиках.
Звезды населения III были первыми солнцами, сформировавшимися в нашей Вселенной возрастом 13,8 миллиардов лет, и их можно идентифицировать по их уникальному составу: только водород, гелий и литий, единственные элементы, появившиеся сразу после Большого взрыва. Более тяжелые элементы были выкованы в ядрах этих звезд и их преемников.
(Несколько сбивающее с толку прозвище возникает из-за того, что астрономы уже разделили звезды нашей собственной галактики Млечный Путь на две группы, прежде чем рассматривать их сверхстарых кузенов. Звезды «Населения I», такие как Солнце Земли, богаты в тяжелых элементах, а звезды «Населения II» значительно меньше.)
Исследовательская группа воспользовалась феноменом, называемым гравитационным линзированием , чтобы вывести свои твердые цели в поле зрения. В каждом случае они использовали гигантское скопление галактик на переднем плане в качестве своего рода увеличительного стекла, что позволяло им изучать маленькие, далекие и невероятно слабые галактики.
Свету от этих фоновых галактик потребовалось от 12,8 до 13,3 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, а это означает, что эти объекты представляют собой капсулы времени, содержащие много информации о ранней Вселенной, в том числе о том, какие типы звезд сияли в то время.
«Мы не нашли свидетельств существования этих звезд первого поколения населения III в этом космическом временном интервале, — сказал Бхатаудекар.
На этом изображении, полученном космическим телескопом Хаббл НАСА/ЕКА, показано скопление галактик MACS J0416. Это одно из шести скоплений галактик, изучаемых программой Hubble Frontier Fields, которые вместе создали самые глубокие из когда-либо сделанных изображений гравитационного линзирования. Ученые использовали внутрикластерный свет (видимый синим цветом) для изучения распределения темной материи внутри скопления. (Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и М. Монтесом (Университет Нового Южного Уэльса))
Звезды населения III и первые галактики, следовательно, должны быть еще старше — настолько стары, что они находятся за пределами досягаемости Хаббла.
Но космический телескоп NASA James Webb стоимостью 9,8 миллиарда долларов, который планируется запустить в следующем году, может обнаружить их, говорят члены исследовательской группы.
Новые результаты, которые были представлены на этой неделе на 236-м собрании Американского астрономического общества и будут опубликованы в ближайшем выпуске журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, также проливают другой свет на раннюю Вселенную.
Например, слабые галактики с малой массой, подобные наблюдаемым в новом исследовании, вероятно, ответственны за «космическую реионизацию», считают Бхатаудекар и ее коллеги. В этом процессе, который начался примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва, излучение расщепило атомы водорода, пронизывающие Вселенную, на составляющие их протоны и электроны. Реионизация была большим космическим переходом, и понимание того, как это произошло, может помочь астрономам лучше понять структуру и эволюцию нашей Вселенной.0003 ученые назвали .
- Факты о звездах: основы названий звезд и звездной эволюции
- Теория большого взрыва: 5 странных фактов о том, как увидеть рождение Вселенной
- Лучшие снимки космического телескопа Хаббл за все время!
Майк Уолл — автор книги « Out There (открывается в новой вкладке) » (Grand Central Publishing, 2018; проиллюстрировано Карлом Тейтом ), книга о поисках инопланетной жизни. Подпишитесь на него в Твиттере @michaeldwall . Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom или Facebook .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Майкл Уолл — старший космический писатель Space.
com (открывается в новой вкладке) , присоединился к команде в 2010 году. В основном он освещает экзопланеты, космические полеты и военный космос, но, как известно, увлекается космическим искусством. Его книга о поисках инопланетной жизни «Out There» была опубликована 13 ноября 2018 года. Прежде чем стать научным писателем, Майкл работал герпетологом и биологом дикой природы. У него есть докторская степень. по эволюционной биологии Сиднейского университета, Австралия, степень бакалавра Аризонского университета и диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз. Чтобы узнать, какой у него последний проект, вы можете подписаться на Майкла в Твиттере.
Наконец-то мы можем получить доказательства существования первых звезд во Вселенной: ScienceAlert
Поле звезд населения III, которое должно было появиться через 100 миллионов лет после Большого взрыва. (NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine)
Самые первые звезды могли появиться, когда Вселенной было всего 100 миллионов лет, или менее 1 процента ее нынешнего возраста.
С тех пор быстрое расширение космоса кануло их свет в забвение, оставив нас искать ключи к разгадке их существования в космических источниках ближе к дому.
Анализируя свет, исходящий от облаков вокруг далекого квазара, исследователи из Японии, Австралии и США обнаружили, что «отличительная смесь тяжелых элементов» могла исходить только от одного источника: колоссальной сверхновой звезды первого поколения. .
Все звезды, которые мы можем наблюдать, классифицируются как Население I или Население II, в зависимости от их возраста. Звезды населения I моложе и содержат больше тяжелых элементов, а звезды населения II старше и содержат меньше тяжелых элементов.
Самые первые звезды, описанные как Население III, еще старше, их существование совпадает с космическими расстояниями, которые делают их вне поля зрения даже наших лучших технологий. Пока мы можем только предполагать, как они могли выглядеть.
Впечатление художника показывает, что звезда населения III, которая в 300 раз массивнее нашего Солнца, взрывается как сверхновая с парной нестабильностью.
(NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine)
Ученые считают, что эти самые ранние звезды были очень горячими, яркими и массивными, возможно, в сотни раз массивнее нашего Солнца.
Без истории мощных космических событий с образованием элементов тяжелее лития звезды населения III полностью состояли бы из простейших газов. В то время единственными материалами, доступными во Вселенной, были водород, гелий и немного лития, обнаруженные в первичном газе, оставшемся после Большого взрыва. Только после того, как сами первые звезды разрушились в ожесточенном столкновении, могли появиться более тяжелые элементы.
Эти первые звезды, вероятно, завершили свою жизнь сверхновыми с нестабильностью пар, теоретический тип сверхновых возможен только в таких массивных звездах. В отличие от других сверхновых, это не оставит после себя звездных остатков, таких как нейтронная звезда или черная дыра, вместо этого выбросив все наружу в виде постоянно расширяющегося облака.
Этот взрыв мог засеять древнее межзвездное пространство тяжелыми элементами, необходимыми для образования каменистых миров, подобных нашему, — таким образом сделав возможной жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, — так что суммарный эффект положительный.
Для астрономов на Земле, которые сейчас надеются узнать о звездах населения III, свет от этих древних мегавзрывов исчез вдали, оставив лишь рассеянное облако, содержащее сложную смесь элементов.
Со временем эта смесь материалов может превратиться во что-то новое. Чтобы найти признаки такой концентрации звездной пыли, авторы нового исследования использовали данные спектрографа в ближнем инфракрасном диапазоне от одного из самых далеких известных квазаров — типа активного галактического ядра или чрезвычайно яркого центра молодой галактики.
Свет этого квазара мчался в космосе 13,1 миллиарда лет, прежде чем достиг Земли, отмечают исследователи. Это означает, что мы видим квазар таким, каким он выглядел, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет.
Спектрограф — это прибор, который улавливает и разделяет входящий свет, в данном случае от небесного объекта, на составляющие его длины волн. Это может показать, какие элементы присутствуют в удаленном объекте, хотя собрать эту информацию не всегда легко.
Авторы отмечают, что яркость линий в астрономических спектрах может зависеть от факторов, отличных от распространенности элемента, что может усложнить усилия по идентификации конкретных элементов.
Тем не менее, двое авторов исследования — астрономы Юдзуру Ёсии и Хироаки Самешима из Токийского университета — уже придумали способ обойти эту проблему.
Их метод, который включает использование интенсивности длины волны для оценки распространенности элементов, позволил исследовательской группе проанализировать состав облаков вокруг этого квазара.
Анализ выявил странно низкое соотношение магния и железа в облаках, в которых железа было в 10 раз больше, чем магния по сравнению с нашим Солнцем. Исследователи говорят, что это была подсказка, предполагающая, что это был материал от катастрофического взрыва звезды первого поколения.
«Для меня было очевидно, что кандидатом в сверхновую для этого будет сверхновая с парной нестабильностью звезды населения III, в которой вся звезда взрывается, не оставляя после себя никаких остатков», — говорит соавтор Юзуру Йошии, астроном из Токийский университет.
«Я был рад и несколько удивлен, обнаружив, что парная нестабильность сверхновой звезды с массой примерно в 300 раз больше массы Солнца обеспечивает отношение магния к железу, которое согласуется с низким значением, полученным нами для квазара.»
По крайней мере еще один потенциальный след звезды населения III был зарегистрирован в 2014 году, отмечают Йоши и его коллеги, но они утверждают, что это новое открытие является первым, дающим столь убедительные доказательства.
Если они правы в том, что они обнаружили, это исследование может иметь большое значение для раскрытия того, как материя развивалась в течение истории Вселенной. Но чтобы быть уверенным, добавляют они, потребуются дополнительные наблюдения, чтобы проверить наличие подобных черт у других небесных объектов.
Возможно, не все эти наблюдения были сделаны с таких далеких квазаров. Даже если во Вселенной больше не осталось звезд населения III, долговечность их остатков сверхновых означает, что доказательства могут скрываться практически где угодно, включая местную Вселенную вокруг нас.