Десятиліттями астрономи могли лише теоретично моделювати, якими були найперші зорі у Всесвіті. Прямих спостережень не існувало, адже ці об’єкти сформувалися настільки рано, що їхнє світло майже не доходить до сучасних телескопів. Проте нові дані з космічного телескопа James Webb Space Telescope можуть змінити цю ситуацію.
Дослідники повідомляють про найпереконливіші на сьогодні ознаки існування так званих зорь Population III — першого покоління зір, яке виникло одразу після формування Всесвіту. Ймовірний об’єкт знайдено в системі, що існувала приблизно через 400 мільйонів років після Великого вибуху, і він виглядає як невелика структура, пов’язана з супутнім об’єктом у ранній галактичній системі.
Результати дослідження оприлюднені у вигляді двох препринтів на сервері arXiv. Одну роботу очолює Roberto Maiolino з University of Cambridge, іншу — Elka Rusta з University of Florence. Якщо ці висновки підтвердяться, вони можуть стати першим прямим вікном у фізичні умови раннього Всесвіту та пояснити, як перші зорі вплинули на подальшу еволюцію космічних структур.
Перші зорі Всесвіту
На відміну від сучасних зір, Population III формувалися з майже «чистого» водню та гелію. У той час ще не існувало важких елементів — таких як вуглець, кисень чи залізо, які сьогодні є основою планет і життя.
Астрономи вважають, що ці зорі були надзвичайно масивними й гарячими, а їхнє життя тривало лише кілька мільйонів років. У космічних масштабах це мить. Після завершення свого існування вони вибухали потужними надновими, збагачуючи Всесвіт першими важкими елементами, з яких згодом сформувалися нові покоління зір і планетні системи.
Сигнали з глибини часу
У 2024 році команда Roberto Maiolino зафіксувала незвичайний сигнал у гало галактики GN-z11 — однієї з найяскравіших відомих галактик раннього Всесвіту. За допомогою інструмента NIRSpec-IFU на борту телескопа James Webb Space Telescope вони виявили слабку емісійну лінію від невеликого супутнього об’єкта, названого Hebe.
Цей сигнал відповідав випромінюванню двічі іонізованого гелію — процесу, який потребує надзвичайно енергійного випромінювання. При цьому спектр не містив ознак важких елементів, що зробило сценарій із Population III зорями найбільш імовірним поясненням.
Нові підтвердження
Подальші спостереження з вищою роздільною здатністю підтвердили, що сигнал гелію є реальним і складається з двох окремих компонентів. Додатково команда Elka Rusta незалежно виявила емісійну лінію водню з тієї ж області простору, що стало другим важливим аргументом на користь інтерпретації.
Жодна з груп не знайшла слідів важчих елементів, що ще більше підсилює гіпотезу про надзвичайно ранній і «чистий» хімічний склад цих об’єктів.
Якими могли бути перші зорі
На основі теоретичного моделювання команда Elka Rusta оцінила маси перших зір. Результати вказують на так званий «масивно-зміщений» розподіл: більшість об’єктів мали масу від приблизно 10 до 100 мас Сонця.
Це узгоджується з теоретичними передбаченнями, що перше покоління зір було значно масивнішим і яскравішим за сучасні аналоги, адже формувалося у середовищі, ще не збагаченому важкими елементами.
Крок до розуміння витоків Всесвіту
Хоча для остаточних висновків потрібні додаткові спостереження, ці результати вже зараз вважаються одними з найпереконливіших доказів існування Population III зір. Якщо подальші дослідження підтвердять ці дані, астрономи отримають унікальну можливість вивчити перше покоління світил і краще зрозуміти, як із первинного воднево-гелієвого Всесвіту виникли складні структури, що ми спостерігаємо сьогодні.