Ученые десятилетиями пытались обнаружить так называемое звездное население третьего типа (Population III) — гипотетическое первое поколение светил, сформировавшихся всего через несколько сотен лет после Большого взрыва из почти чистого водорода и гелия. Хотя такие светила часто называют звездами первого поколения, это обозначение легко может ввести в заблуждение.
Дело в том, что иногда они рисуют слишком простую картину: будто сначала были только первые звезды, потом из их остатков появились вторые, затем — третьи, и так по цепочке. В реальности все гораздо сложнее. Границы между «поколениями» размыты: звезды многократно рождались и взрывались, постепенно обогащая газ тяжелыми элементами.
Поэтому вещество, из которого сформировалось, например, Солнце, почти наверняка проходило через звездные циклы не два раза, а неизвестное число раз. При этом самые массивные первые светила отличались особенно сильно: они были очень горячими и короткоживущими, а более легкие объекты, вероятно, вообще не могли полноценно зажечься.
Именно такие экстремальные условия астрономы попытались найти с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». Для этого авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, изучили область рядом с одной из самых далеких известных Gn-z11, сформировавшейся всего через несколько сотен лет после рождения Вселенной. Там нашелся необычный источник излучения, спектр которого стал ключом к разгадке.
Его главная особенность — сильная линия ионизированного гелия при полном отсутствии линий таких тяжелых элементов, как углерод или кислород. В обычных галактиках подобные линии присутствуют почти всегда, из-за чего отсутствие — признак крайне необычный. Более того, само излучение гелия оказалось очень интенсивным: оно распалось на две компоненты, что может указывать на сложную структуру объекта или наличие нескольких компактных областей звездообразования.
Проверив альтернативные объяснения — к примеру, влияние черной дыры или редких типов звезд, исследователи заключили, что ни одна из таких моделей не смогла одновременно объяснить и мощное гелиевое излучение, и полное отсутствие металличности (всех элементов тяжелее гелия). По итогу наиболее правдоподобным сценарием стало наличие именно тех самых светил первого поколения, то есть практически не содержащих тяжелых элементов светил, обладающих экстремальными температурами.
Если выводы авторов препринта верны, астрономы впервые наблюдали не просто далекий объект, а процесс, напрямую связанный с «космическим рассветом» — эпохой, когда во Вселенной зажглись первые источники света. Таким образом, новая статья помогает понять, как именно началось обогащение вещества элементами и каким образом из почти однородного газа возникло все разнообразие космических структур, включая те, из которых впоследствии сформировалась Солнечная система.