Астрономы обнаружили "чистые" облака молекулярного водорода
Американские астрономы обнаружили "чистые" облака молекулярного водорода в ранней Вселенной, в которых отсутствуют значительные примеси тяжелых элементов, предсказанные теорией химической эволюции ранних галактик, и опубликовали свои выводы в статье в журнале Science.
Ученые полагают, что их открытие может потребовать пересмотра существующих теорий "металлизации" Вселенной - вполне возможно, что сверхновые распыляли тяжелые элементы не так эффективно, как считалось ранее.
"Астрономы потратили многие десятилетия на поиск хотя бы одного объекта во Вселенной, в котором не было бы металлов. Несмотря на все усилия, мы наталкивались на барьер в 1 тысячную доли металлов, которая содержится в нашем Солнце. Обнаруженные облака первичного газа содержат в десятки раз меньше металлов и являются самым "чистым" объектом в известной Вселенной", - заявил один из участников группы Ксавье Прочаска (Xavier Prochaska) из университета штата Калифорния в городе Санта-Круз (США).
Группа астрономов под руководством Мишеля Фумагалли (Michele Fumagalli) из университета штата Калифорния в городе Санта-Круз (США) обнаружили облака "чистого" первичного газа, изучая свечение квазаров J113418.96+574204.6 и Q0956+122 при помощи спектрометра HIRES на первом телескопе гавайской обсерватории имени Кека.
Квазары представляют собой самые яркие ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры, "перемалывающие" звезды и другие формы материи и выделяющие часть полученной энергии в виде сверхмощных пучков излучения. Благодаря этому свет квазаров остается заметным даже через несколько миллиардов лет полета.
В частности, Фумагалли и его коллеги "поймали" свет квазаров, который покинул ядро древних галактик еще в эпоху "детства" Вселенной, примерно 11,9 миллиарда лет назад, через 2 миллиарда лет после Большого Взрыва.
Ученые проанализировали спектр излучения этих объектов и обнаружили, что на своем пути свет квазаров повстречал облака молекулярного газа с красным смещением 3,41 и 3,21, что соответствует расстоянию в 11,8 и 11,6 миллиарда световых лет.
По расчетам ученых, эти облака состояли из молекул "обычного" водорода и микроскопических количеств "тяжелого" дейтерия, а линии поглощения более тяжелых элементов отсутствовали. Астрономы рассчитали степень ионизации этих "зародышей" звезд и оценили долю тяжелых элементов в их составе.
Доля металлов в первом облаке оказалась в тысячу раз ниже типичных значений для скоплений молекулярного газа, удаленных на 10 миллиардов лет от Земли и больше, а во втором - в 100 раз. Подобная концентрация металлов ассоциируется с так называемыми звездами популяции III, которые населяли первые галактики. На текущий момент ни одна такая звезда так и не была найдена учеными.
Соотношение водорода и дейтерия в этих облаках совпадает с теоретически предсказанными значениями, которые были вычислены при помощи данных о ранней Вселенной, полученных американским зондом WMAP.
С другой стороны, появление таких "чистых" облаков было относительной редкостью в эту эпоху, так как первые сверхновые должны были насытить металлами межзвездную и межгалактическую материю уже через 500 миллионов лет после Большого Взрыва.
Тем не менее, эти облака могли бы стать звездами из популяции III, так как их массы (около 420 тысяч - 6 миллионов солнечных) должно было хватить для зарождения звезды с исключительно водородным "топливом". Таким образом, первичные звезды могли возникнуть через два миллиарда лет после предполагаемого перехода от популяции III к популяции II.
Как считают астрономы, "чистые" облака свидетельствуют о разных темпах металлизации ранних галактик - в некоторых регионах этот процесс шел быстрее, чем в других. По всей видимости, этот процесс был крайне неэффективным и "металлизированная" материя сверхновых плохо смешивалась с первобытным водородом и гелием.