Вчені знайшли сліди найраніших у Всесвіті наднових

Гіпотетичні перші зірки (населення ІІІ) складалися переважно з водню та гелію. Інших елементів у молодому Всесвіті майже не було. Хімічна різноманітність космосу збільшилася лише після вибуху перших наднових. Адже без «важких» елементів не утворилися б планети та Всесвіт, яким ми його знаємо.

У прагненні зрозуміти властивості цих зірок та їх наднових вчені виконали величезну теоретичну роботу. У нас немає можливості побачити ці об’єкти безпосередньо, тому що їхнє «життя» було коротким. Зате можна засікти «хімічні сліди» наднових. Астрономи шукають їх як у Чумацькому Шляху, так і в далеких галактиках.

Із запуском космічного телескопа «Джеймс Вебб» дослідники отримали можливість вивчати фізичні властивості галактик з червоним усуненням більше ніж 10, тобто під кінець епохи «Космічного світанку» (150-350 мільйонів років після Великого вибуху).

Раніше вчені могли лише екстраполювати дані від спостережень за найближчими об’єктами. Тепер астрофізики можуть спостерігати ранні галактики безпосередньо. Насамперед їх, звичайно, цікавлять незвичайні об’єкти. Але в спостереженнях «Джеймса Вебба» трапляються і «звичайні» галактики.

На жаль, чутливості телескопа під час огляду JADES не вистачило, щоб розглянути емісійні лінії у спектрі та з’ясувати фізичні властивості цих галактик. Тому в рамках програми PID 3215 телескоп налаштували спостереження протягом більше ніж 50 годин.

У новій роботі, опублікованій в Astronomy & Astrophysics, вчені представили результати першого аналізу нових спектральних даних галактики GLASS-z12. Головне — в ній знайшли вуглець, а також засікли слабкі сигнали кисню та неону.

Ми бачимо цю галактику такою, якою вона була через 350 мільйонів років після Великого вибуху. За словами одного з авторів дослідження, це найвіддаленіший сигнал начілля важкого елемента в історії космічних спостережень.

Щоб зрозуміти, як ці елементи утворилися в галактиці GLASS-z12, вчені сфокусувалися на співвідношенні вуглецю до кисню. За розрахунками, вийшло значення 0,15. Це вище, ніж у наднових типу II, і значно вище, ніж у галактик із червоним усуненням z = 6-9.

Пояснити таку кількість вуглецю можна було б великою кількістю зірок на пізній стадії еволюції історія цієї галактики. Але на цій стадії встигли б досягти лише зірки з масою більше трьох сонячних мас, а їх наднові не дали б стільки вуглецю.

Автори роботи розглянули й інші версії, однак дійшли висновку, що найімовірніше джерело такого співвідношення вуглецю та кисню — наднові від першого покоління гіпотетичного покоління зірок.

Як пояснила Емма Чапман, астрофізик з Імперського коледжу Лондона, після перших зірок Всесвіт неймовірно швидко «забруднився». Тому так складно зловити момент, коли перші наднові вже вибухнули, але ще не утворилася надмірна кількість зірок із важчими елементами.

На закінчення вчені зазначили, що для отримання цих результатів були потрібні дуже тривалі спостереження. Інакше неможливо розрізнити сигнали настільки тьмяних об’єктів. Дослідники сподіваються, що майбутні масштабні огляди піднебіння дозволять підібрати ще більше «червоних» кандидатів для таких тривалих спектроскопічних спостережень.