Світло, яке випустили найперші зорі, іонізувало нейтральний водень і зробило Всесвіт прозорим для ультрафіолетового випромінювання. Так через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху було покінчено з «темними часами» — періодом, коли речовина Всесвіту була непрозорою для випромінювання.
Первісна речовина, з якої складався Всесвіт у ті часи, містила водень із невеликою домішкою гелію. Важчі елементи (астрономи їх умовно називають металами) тоді майже були відсутні — вони просто не встигли утворитися в надрах зір.
Найчистіші зорі
Про те, як народжувалися перші зорі Всесвіту, сьогодні відомо з теоретичних робіт і комп’ютерних обчислень. Початкові неоднорідності темної матерії збирали навколо себе газ, у згустках якого на певному етапі стиснення починалися термоядерні реакції. Останні десять років учені сходилися на думці, що перші зорі народжувалися поодинці, були надмасивними й жили дуже недовго. Це пов’язано з тим, що так звана джинсівська маса (розмір області однорідного середовища, яка колапсує під дією
Моделювання утворення зір першого покоління
власної гравітації) залежить від металічності середовища. Річ у тім, що «метали» (у цьому випадку вуглець і кисень) ефективно відводять тепло, яке перешкоджає гравітаційному стисненню хмари. А якщо їх у середовищі немає, відведенням тепла, що виділяється під час гравітаційного стиснення, займаються молекули водню — H2 , проте роблять вони це менш ефективно. Тому до недавнього часу вважали, що народжувати перші зорі могли лише дуже масивні протозоряні газові хмари, і маса їхніх «первістків» мала становити тисячі мас Сонця.
Група німецьких та американських учених під керівництвом Ральфа Клессена з Гайдельберга провела масштабне комп’ютерне моделювання й дійшла висновку, що усталені погляди на процес первинного зореутворення треба переглянути. Учені показали, що ранній Всесвіт навряд чи був заповнений надмасивними поодинокими зорями. Причина криється в динаміці падіння речовини на центр газових хмар, що гравітують. Газ, який падає на протозорю, обертається, тому рухається до центру не прямим потоком, а утворює навколо гравітаційного центру акреційний диск. Падати на протозорю з диска газ може лише завдяки тертю між різними шарами. Моделювання показало, що, коли в диск потрапляє більше речовини, ніж він може «перетравити», сам диск стає нестійким і фрагментується.
Розрізняють зорі двох поколінь — першого та другого. Зорі першого покоління утворилися з первинної речовини, що виникла під час Великого вибуху, тобто практично лише з водню й гелію. Зорі другого покоління виникли з речовини, збагаченої важкими елементами (важчими за гелій). Ці елементи синтезувалися в зорях і були викинуті в міжзоряний простір, переважно під час вибухів наднових. Сонце — зоря другого покоління [так в оригіналі; далі вказано третє покоління].
«Принциповим для теорії формування зір і галактик є питання про мінімальну металічність $$[\mathrm{Fe}/\mathrm{H}] = \log_{10}{\left(\frac{N_{\mathrm{Fe}}}{N_{\mathrm{H}}}\right)_{star}} - \log_{10}{\left(\frac{N_{\mathrm{Fe}}}{N_{\mathrm{H}}}\right)_{sun}},$$, яку мають мати зорі найпершого покоління. Відомо чимало зір гало з [Fe/H]=-(2-2,3). Але ще менш металічні зорі майже не трапляються. Серед карликів рекордсменом є G64-12, у якого [Fe/H]=-3,5. Абсолютний рекордсмен — гігант CD-38градусов245 [позначення зорі в оригіналі потребує уточнення] — має [Fe/H]=-4,5. Однак зір, які зовсім не містять важких елементів, поки що знайти не вдалося». Мабуть, це свідчить, що у Всесвіті є різноманітні механізми перемішування речовини. Важкі елементи можуть, наприклад, переноситися «мандрівними» кометами з однієї системи в іншу.
Зоряний виводок
Астрономи створили віртуальну хмару, що колапсує, із величезної кількості частинок і врахували фізичні процеси всередині неї. Через 60 років після утворення першої протозорі акреційний диск навколо неї був стійким і мав два спіральні рукави.
Невдовзі він подвоївся в розмірах, став нестійким і утворив усередині себе другу протозорю на відстані 20 астрономічних одиниць від першої. Після цього в диск почало потрапляти більше речовини, ніж у перші роки, і фрагментація продовжилася. У підсумку через 120 років після народження першої зорі в межах кількох десятків астрономічних одиниць уже існували чотири зорі-сестри. «Відстані між деякими з них могли бути меншими за орбіту Землі навколо Сонця», — пояснили автори дослідження.
Зорі-пенсіонери
Однак найінтригуючіший висновок роботи полягає в іншому. Моделювання показало, що з ансамблю зір, які ледь устигли народитися, одну з них іноді викидало ще до того, як вона встигала зібрати на себе достатню кількість речовини. На відміну від масивних, зорі з малою масою еволюціонують довго й можуть існувати мільярди років. До цього часу науці не було відомо жодної зорі з першого покоління. Сонце, наприклад, — зоря третього покоління [так в оригіналі; раніше вказано друге покоління], воно утворене із залишків зір першого та другого поколінь. Якщо обчислення фізиків виявляться правильними, це відкриє перед спостерігачами привабливі перспективи. «Неймовірно, але деякі маломасивні зорі могли дожити до наших днів, що дасть нам змогу дослідити найраніші етапи формування перших зір і галактик», — пояснив доктор Кларк.
Роботу вчених опубліковано в журналі Science.
Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.
Коментарі (0):