Самая бедная металлами звезда намекает на первые сверхновые во Вселенной

Бедные железом звезды дают представление об очень ранней Вселенной, где сформировалось первое поколение звезд и галактик. Недавнее открытие самой бедной железом звезды SMSS J031300.36-670839.3 (SMSS J0313-6708) стало большой новостью в начале 2014 года, особенно для астрономов, занимающихся так называемой «галактической археологией».

Когда Вселенная только зародилась, в ней существовали только легкие элементы, такие как водород и гелий. Когда эти первые звезды закончили свою короткую, но безумную жизнь, Вселенная обогатилась тяжелыми элементами, которые необходимы для образования материалов, найденных на Земле, включая людей. Следовательно, бедные железом звезды намного старше Солнца и родились, когда Вселенная содержала лишь следовые количества тяжелых элементов.SMSS J0313-6708 — самая бедная железом звезда из когда-либо обнаруженных.

В его спектре отсутствуют линии поглощения железа. Предполагаемый верхний предел содержания железа в нем составляет примерно одну десятимиллионную от содержания железа в Солнце, а содержание железа в нем примерно в сто раз ниже, чем предыдущий рекорд для звезды с наиболее бедным содержанием железа.«Мы получили известие о самой бедной железом звезде с большим волнением, — говорит Кеничи Номото из IPMU Кавли, — поскольку эта звезда может быть самой старой летописью окаменелостей и может пролить свет на неизвестную природу первых звезд». Первые звезды, сформировавшиеся в ранней Вселенной, вероятно, оказали большое влияние на окружающую их среду.

Например, сильный ультрафиолетовый свет, излучаемый первыми звездами, помог ионизировать раннюю Вселенную. Вдобавок их взрывы сверхновых выбрасывают тяжелые элементы, которые помогли сформировать последующие поколения звезд и галактик.

«Воздействие этих звезд на окружающую среду в решающей степени зависит от их массы, когда они родились», — говорит Исигаки. «Однако прямых наблюдений за массами первых звезд нет, так как большинство из них, вероятно, вымерли давным-давно».Из-за необычного химического состава, некоторые астрофизики предположили, что SMSS J0313-6708 родился из газа, обогащенного первой звездой, масса которой в 60 раз больше массы Солнца, и синтезировала небольшое количество кальция посредством особого нуклеосинтеза.С другой стороны, команда Исигаки сосредоточилась на очень большом увеличении содержания углерода в нем по сравнению с железом и кальцием.

Предыдущие исследования Нозому Томинага из Университета Конана / Кавли ИПМУ показали, что такая особенность соответствует сверхновой, в которой синтезированные элементы падают обратно. Однако возник вопрос, может ли этот сценарий также объяснить наиболее экстремальную картину содержания в SMSS J0313-6708, самой бедной железом звезде.

Команда сравнила наблюдаемое содержание и теоретические расчеты элементов, выброшенных сверхновой первыми звездами с массой в 25 и 40 раз больше, чем у Солнца. Они пришли к выводу, что наблюдаемую картину обилия можно воспроизвести, если звезды с такими массами испытают особый тип сверхновой, при которой большая часть выброшенного вещества возвращается обратно в центральный остаток.

Этот тип сверхновой должен образоваться в результате сильно асимметричного взрыва, включающего в себя структуру, напоминающую струю. В результате струи железо и кальций, которые находятся глубоко внутри массивных звезд, выбрасываются вместе со струей, но большая часть выброшенного материала падает обратно вдоль экваториальной плоскости.

Поскольку углерод в значительной степени содержится во внешней области, он почти полностью выбрасывается без обратного падения. Эта модель успешно объясняет низкое содержание кальция, отсутствие обнаружения железа и высокое содержание углерода, наблюдаемое в SMSS J0313-6708.«Если такие сверхновые действительно возможны, — говорит Номото, — результат подтверждает теоретическое предсказание о том, что первые звезды могут быть типичными массивными звездами, а не объектами-монстрами с массой более чем в несколько сотен раз больше Солнца». Поскольку тяжелые элементы играют роль в звездообразовании за счет гравитационного притяжения межзвездного газа, первые звезды, образовавшиеся без тяжелых элементов, должны иметь совершенно другие характеристики по сравнению с тем, что обычно наблюдается в нынешней Галактике Млечный Путь.

В частности, без тяжелых элементов некоторые исследователи предположили, что звезды могут быть в несколько сотен раз массивнее Солнца. Присутствие среди первых звезд гораздо менее массивных, чем такие монстроподобные объекты, может повлиять на теорию звездообразования в отсутствие тяжелых элементов.

В будущих исследованиях исследователи должны использовать моделирование образования первых звезд в ранней Вселенной, которые воспроизводят нынешний результат.«Следующий вопрос — определить, являются ли эти менее массивные звезды типичными первыми звездами», — говорит Исигаки. «В ближайшем будущем будет доступно больше данных по ряду звезд с низким содержанием железа.

Применение к этим данным метода, который мы использовали в этом исследовании, прольет свет на неизвестную природу первых звезд».


Портал обо всем