В ближайших окрестностях Млечного Пути наблюдают объекты, которые помогли «перенестись» на 13 миллиардов лет назад: звезды, состоящие почти из одних только водорода и гелия. Именно такими были первые звезды, возникшие после Большого взрыва. Их исследование — шанс разобраться, как устроены галактики, которые с помощью обсерватории «Джеймс Уэбб» удается наблюдать в молодой Вселенной.
Магелланов Мост (изображение, созданное на основе данных обсерватории Gaia) / © V. Belokurov, D. Erkal, A. Mellinger
По современным представлениям космологов, первые атомы во Вселенной возникли через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва. Это были атомы водорода — химического элемента с самой простой атомной структурой: один протон и один электрон. Он до сих пор составляет подавляющее большинство всего понятного науке вещества в космосе. Вся остальная часть таблицы Менделеева — результат миллиардов лет эволюции Вселенной. Более сложные атомы образуются в процессе ядерного синтеза внутри звезд, во время взрывов сверхновых, столкновений нейтронных звезд и других высокоэнергетических процессов.
Таким образом, первые звезды и галактики формировались практически из чистого водорода с небольшой примесью гелия. На языке астрономов это называется «низкой металличностью». В этой науке принято называть «металлами» все, что тяжелее водорода и гелия. Так ученые разделяют исходные и современные условия Вселенной.
Сегодня новые звезды рождаются из газа, обогащенного разнообразными сравнительно тяжелыми элементами. Значит, чем меньше «металлов» в составе звезды, тем больше она напоминает те самые первые звезды, которые «зажглись» в молодой Вселенной.
Именно такие звезды недавно обнаружили астрономы из Германии и США на Магеллановом Мосту — межгалактическом «перешейке» между Большим и Малым Магеллановыми Облаками. Он расположен на расстоянии около 180 тысяч световых лет от нас и протянулся примерно на 75 тысяч световых лет. Ученые предполагают, что это проявление взаимодействия карликовых галактик.
«Мост» состоит в основном из водорода и имеет крайне низкую «металличность». Это делает его уникальной космической лабораторией для изучения условий ранней Вселенной — «окном» в далекое прошлое. Посреди этого вещества наблюдают множество звезд. Среди них ученые заметили две особенно массивные: MBO2 и MBO3. Они в десятки раз «тяжелее» Солнца. Астрономы объяснили, что такие светила играют важную роль в эволюции галактик, поскольку их сильное ультрафиолетовое излучение и звездные ветры больше всего влияют на окружающую среду.
С помощью космического телескопа «Хаббл» удалось измерить содержание железа в этих звездах. О результатах наблюдений исследователи рассказали в статье, доступной на сервере препринтов arXiv. Оказалось, что в MBO2 железа примерно в 10 раз меньше, чем в Солнце. У MBO3 его количество вовсе мизерное — всего 3,6 процента от солнечного уровня. По словам исследователей, эти звезды вполне можно вносить в список самых «бедных металлами» из известных на сегодня. Интересно, что при этом у MBO3 обнаружено необычно много некоторых других элементов, например кислорода и магния. Это говорит о неоднородности химического состава Магелланова Моста.
Исследователи подчеркнули, что эти измерения нужны для лучшего понимания ранней Вселенной. Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» и другие современные телескопы позволяют наблюдать галактики такими, какими они были всего через несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва. Чтобы правильно интерпретировать спектр идущего от них света, необходимы как можно более точные данные о химическом составе их звезд, и неверная оценка содержания «металлов» может привести к ошибочным выводам.
