У далекій галактиці, яку вчені бачать такою, якою вона була 12,7 мільярда років тому, виявили аномально високий вміст азоту. Така концентрація цього елемента може свідчити існування там гігантських зірок масою до 10 000 сонячних мас. Це відкриття дозволить пояснити, чому так рано могли з’явитися надмасивні чорні дірки, а також проллє світло на те, як формувалися перші галактики та які процеси визначали ранню історію космосу.
Сучасне розуміння зоряної еволюції будується на спостереженнях щодо відносно близькими світилами. Довгий час дослідники вважали, що у зірок існує фундаментальна межа маси, що не перевищує 120 мас Сонця. За цим порогом внутрішні сили просто розірвуть світило. Всі моделі, що описують еволюцію галактик, включаючи Чумацький Шлях, спираються саме на такий принцип.
Це зручне правило для типових умов, але не універсальна заповідь: багато залежить від оточення. При дуже великій масі зірка сильно випромінює, це випромінювання «тисне» на зовнішні шари та провокує сильні втрати матерії. У результаті зовнішні шари починають здуватися в космос – зірка активно втрачає речовину, тобто випромінювання перешкоджає утриманню речовини. Тому для звичайних умов утворення надважких зірок утруднене.
Одночасно спостереження і деякі сучасні моделі показують, що в особливих випадках, при низькій металевості або високій швидкості припливу речовини з навколишнього газового хмари, можуть формуватися набагато більш масивні світила.
Приклад – перше покоління світил, так звані зірки населення ІІІ. Ці об’єкти формувалися з первинного газу, що складається в основному з водню і гелію, в якому практично не було металів (в астрономії так називають всі елементи важчі гелію). Такий газ гірше охолоджувався, що дозволяло йому збиратися в щільніші і більші структури, які потім колапсували дуже масивні протозірки. Іншими словами, у ранньому Всесвіті існували умови, сприятливі для появи окремих дуже масивних світил — їхня маса могла становити сотні і навіть тисячі мас Сонця.
Проте історія про масивне населення III — лише гіпотеза. Поки що їх ніхто не спостерігав. Є, звісно, кандидати на цю роль, але вони залишаються лише кандидатами. Зазвичай ці світила шукають за непрямими ознаками — наприклад, незвичайними хімічними відбитками в дуже старих галактиках.
Вважається, що зірки населення III з’явилися приблизно через 100-400 мільйонів років після Великого вибуху, а до моменту, коли Всесвіту виповнилося приблизно 800 мільйонів років, більшість уже згасла. Тобто передбачається, що їхнє життя було короткочасним.
Ще одна велика загадка раннього Всесвіту – надмасивні чорні дірки, що досягають маси сотні мільйонів або навіть мільярди мас Сонця. Вчені знаходять їх у галактиках, що утворилися через 500–700 мільйонів років після Великого вибуху. За час випромінювання ці галактики були молодими, а в їхніх центрах вже були величезні чорні дірки.
Вважається, що їм просто не вистачило б часу зрости до таких колосальних розмірів зі звичайного «зоряного» насіння. Вчені роками намагаються зрозуміти, як ці чорні дірки стали такими гігантами так швидко і який механізм дав їм такий стрімкий старт.