Турбулентность и «комковатость» молодой Вселенной разрешили парадокс массы первых звезд
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.
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.
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).
Telegram 
Дзен 
VK Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Международная исследовательская группа с участием ученых Сколтеха разработала способ создания одномерных квантовых проводов в структурах из двух разных двумерных материалов — диселенида молибдена и диселенида вольфрама. В основе технологии, которую представят на конференции «Микроэлектронные системы-2026» в Сколтехе, лежит растяжение слоев, при котором меняется взаимное расположение атомов между слоями, а вместе с ним — электронные и оптические характеристики. Это позволяет настраивать поведение материала без химических добавок и сложной обработки. Такой подход может лечь в основу гибкой электроники и устройств, реагирующих на давление, изгиб или растяжение.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии