• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
2 апреля
Василий Парфенов
2 142

Турбулентность и «комковатость» молодой Вселенной разрешили парадокс массы первых звезд

7.3

Два хорошо обоснованных метода оценки размера самых первых светил в нашей Вселенной дают оценки с разбросом на порядки. Эта проблема беспокоила астрофизиков последние два десятилетия, и объяснить ее без усложнения космологических теорий казалось невозможным. Однако тайваньские ученые с помощью американского суперкомпьютера нашли сравнительно простое решение — добавить в симуляцию изначального газа Вселенной немного сверхзвуковой турбулентности.

Парадокс массы первых звезд
Самые первые звезды во вселенной были в сотни раз массивнее Солнца. На иллюстрации — сравнение размеров крупной звезды третьего населения с известными звездами первого населения (Сириус B, Проксима Центавра, Глизе 229B, Солнце и Альдебаран) / © Merrill Sherman, Quanta Magazine

Все звезды делятся на три поколения, или населения. Самое молодое — первое, к нему принадлежит и наше Солнце. Звезды первого населения зародились в газопылевых облаках, которые появились в результате превращения звезд второго населения в сверхновые. Те, в свою очередь, сформировались из продуктов смерти звезд третьего населения. Чем моложе поколение звезды, тем больше в ней металлов в астрофизическом смысле, то есть химических элементов тяжелее водорода и гелия.

Первичный нуклеосинтез Большого взрыва породил только водород с гелием (а еще гомеопатические количества дейтерия, гелия-3 и лития-7). Звезды третьего населения в своих ядрах выработали немного углерода (и первые четыре периода таблицы Менделеева), что позволило уже второму населению запустить нуклеосинтез у себя внутри «на полную катушку». Подавляющее большинство химических элементов периодической таблицы, кроме водорода и рукотворных элементов, выработали именно взрывающиеся сверхновые звезд второго населения и наиболее быстро горящие представители первого населения.

Древнейшие звезды, которые удалось зафиксировать человеческими телескопами, — экстремально бедные металлами (EMP/XMP) светила второго населения, самые первые представители своего поколения. Они появились примерно 13 миллиардов лет назад, то есть менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Звезд третьего населения мы пока не смогли наблюдать — слишком давно и быстро они сгорали: их свет если и доходит до Земли, то невероятно слаб для существующих телескопов.

Мы знаем, что звезды третьего населения не имели металлов в своем составе, а значит, были огромными и горели очень быстро. Именно металлы (точнее, углерод) позволяют звездам второго и первого населений быть сравнительно компактными и поддерживать термоядерную реакцию в своих недрах миллиарды лет. Древнейшие светила на их фоне исчезали буквально за мгновение: среднее время существования звезды третьего населения не превышало миллиона лет. Но насколько большими они были — вопрос открытый.

Парадокс массы первых звезд
Слева: космологическая структура в ранней вселенной (200 миллионов лет после Большого взрыва), серым показана темная материя, яркие точки — звезды разной массы, формирующиеся в гало темной материи. Справа: движение первичного газа в гравитационные колодцы, формирующиеся в гало темной материи / © Ke-Jung Chen, ASIAA

Симуляции условий в ранней Вселенной дают оценку массы типичной звезды третьего населения в 100 солнечных. При этом разброс размеров — от 50 до 1000 солнечных масс. Тогда как анализ состава известных звезд второго населения, экстремально бедных металлами, дает совсем иные показатели. Они образовались в облаках газа и пыли, которые остались после смерти звезд массой от 12 до 60 солнечных масс. Это неприятное расхождение между теорией и косвенными данными наблюдений требует разрешения уже два десятилетия.

Астрофизики Чинг-Яо Танг (Ching-Yao Tang) и Ке-Джун Чен (Ke-Jung Chen) из Института астрономии и астрофизики Академии Синика (ASIAA, Тайвань) предложили новый подход к моделированию, объясняющий парадокс. Результаты их расчетов и подробное описание разработанной методики опубликованы в рецензируемом журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ранее облака первичного газа моделировали с учетом дозвуковой турбулентности. Тайваньские ученые пришли к выводу, что в этом и заключается ошибка: они использовали более детализированную модель для расчетов и сверхзвуковую турбулентность. Получившаяся картина происходящего в молодой Вселенной стала гораздо лучше согласовываться с данными наблюдений известных XMP. В общих чертах процесс выглядит следующим образом.

Гало темной материи, возникшие из-за гравитационных неоднородностей в ранней Вселенной, увлекали за собой первичный газ. Его потоки не сразу собирались в однородные плотные облака, как это происходило в более ранних симуляциях. Вместо этого в них возникала турбулентность, которая разрывала поток на несколько частей. В результате образовывалось несколько «комков» массой от 22 до 175 солнечных. А уже внутри них спустя непродолжительное время формировались первые звезды массой от восьми до 58 Солнц.

Более того, исследователи показали, что могут воспроизвести результаты более ранних моделей, не изменяя основные параметры своей симуляции. Для этого достаточно лишь понизить разрешение расчетов турбулентности либо сделать ее дозвуковой.

Таким образом, новая работа не противоречит предыдущим в фундаментальных вопросах, но открывает новые горизонты для детального изучения условий в ранней Вселенной. Правда, чтобы обсчитать столь сложную вычислительную задачу, потребовался суперкомпьютер Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (LBNL, США).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 07:25
Полина

Международная команда исследователей составила первый в мире рейтинг киберпреступности. Первую и вторую строчки в нем заняли Россия и Украина.

6 часов назад
Полина

Особенности личности — в частности, степень экстравертности — влияют на то, кто с большей вероятностью будет одиноким, а кто вступит в отношения. Типы личности также связаны с уровнем общей удовлетворенности жизнью. К таким выводам пришли ученые из Канады.

8 часов назад
Мария Азарова

Японским исследователям удалось опровергнуть распространенное мнение о том, что метки, которые по зову природы оставляют кошки (чаще всего интактные), содержат не только мочу, но и выделения из параанальных желез. Ученые уточнили причину резкого запаха меток, что в будущем поможет эффективнее бороться с ним в домах, где живет склонное к такому поведению животное.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

6 апреля
Андрей

Международная группа исследователей изучила более миллиона записей с результатами ультрамарафонов (дистанции больше марафонской) с 1894 по 2022 год и пришла к нескольким неожиданным выводам.

Вчера, 07:25
Полина

Международная команда исследователей составила первый в мире рейтинг киберпреступности. Первую и вторую строчки в нем заняли Россия и Украина.

18 марта
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: