Первые сверхновые насытили Вселенную водой вскоре после Большого взрыва

В научной работе, опубликованной сегодня в журнале Nature Astronomy, исследователи смоделировали взрывы сверхновых звезд гипотетического населения III (самые первые звезды во Вселенной). В расчетах учитывали светила, которые в 13 и в 200 раз массивнее Солнца. Такие значения выбрали неслучайно — это среднестатистические представители двух типов сверхновых.

Светило в 13 солнечных масс — пример звезды массой от восьми до 20 солнечных масс, которая взрывается сверхновой на основе коллапса ядра. При средней массе такая звезда жила около 12,2 миллиона лет и оставляла после себя примерно 0,8 солнечной массы тяжелых элементов, из которых приблизительно 0,051 солнечной массы — кислород.

Гораздо ярче и впечатляюще заканчивали жизненный путь звезды массой 140-260 солнечных масс — взрывались парно-нестабильными сверхновыми. При средних значениях такие светила жили лишь 2,6 миллиона лет, зато выбрасывали 55 солнечных масс кислорода при общей массе тяжелых элементов в 113 солнечных масс.

Излучение этих звезд в течение их жизни создавало в окружающем облаке космического газа и пыли «кокон» из ионизированного водорода. Как показало моделирование, сверхновые не разрывали этот кокон и запускали в нем быстрый процесс образования водорода-2, главного «ингредиента» воды. Сброшенный сверхновыми кислород реагировал в этих областях с водородом, образуя воду.

Первое время после взрыва сверхновой содержание воды в окружающем пространстве росло постепенно, но потом резко ускорялось, увеличиваясь на несколько порядков. Наибольшей плотности вода достигала в плотном «ядре» остатка сверхновой, насыщенном тяжелыми элементами от погибшей звезды. Такие «ядра», вероятно, были главными источниками воды в большинстве первых областей звездообразования.

Как показали расчеты, массовая доля воды в остатках вспышек сверхновых достигала 10^-10, лишь на порядок меньше, чем в Млечном Пути сегодня. И это всего через 100-200 миллионов лет после Большого взрыва.

Что еще интереснее, в протопланетном диске, сформировавшемся из остатков парно-нестабильной сверхновой, воды должно было быть лишь на порядок меньше, чем в Солнечной системе. Причем других элементов там хватало на образование планетезималей земного типа в потенциальной обитаемой зоне системы — и, как следствие, планет с жидкой водой на поверхности. Может, удастся найти такие древние миры во время будущих экзопланетных обзоров неба.

Авторы исследования моделировали взрыв только одной сверхновой в облаке. Вероятно, первые звезды не были такими уж одинокими и области их взрыва могли накладываться друг на друга. В этом случае на «стыке» областей молекулы воды распадались, но плотные «ядра» остатков вспышек сверхновых точно должны были пережить соседство.

Ученым еще предстоит узнать, смогла ли та вода «пережить» формирование первых галактик. С одной стороны, молекулы должны были разложиться вследствие химических реакций и под воздействием излучения звезд. С другой — облака пыли могли защитить какую-то долю первичной воды.