У перші 500 млн років після Великого вибуху Всесвіт лише починав прокидатися. Його вік становив ледве 3 % від нинішнього, а в первинному хаосі щойно з’являлися найперші зорі та галактики. Тривалий час астрономи вважали, що простір навколо цих юних зоряних систем складався виключно з «чистого» водню та гелію — найпростіших елементів, які утворилися на самому початку часової шкали.
Проте свіже дослідження астрономів з Аризонського університету, опубліковане в журналі Nature Astronomy, повністю перевертає ці уявлення. Виявляється, перші галактики почали збагачувати міжгалактичний простір важкими елементами — киснем, вуглецем і кремнієм — набагато раніше, ніж передбачала сучасна наука.
Як зорі кували та розпилювали хімічні елементи
На самому початку існування Всесвіту в ньому не було нічого, крім водню та гелію. Згодом гравітація стискала ці гігантські газові хмари, запускаючи в надрах перших зір термоядерний синтез. Саме в цих колосальних природних реакторах із легких атомів кувалися складніші елементи, зокрема кисень і вуглець — ті самі, з яких сьогодні складаються наші тіла та повітря, яким ми дихаємо.
Коли перші зорі вибухали як наднові, вони викидали накопичений важкий матеріал у відкритий космос. Проте для вчених залишалося таємницею, як і коли саме ці важкі елементи змогли вирватися за межі своїх рідних галактик і потрапити у відкритий міжгалактичний океан.
Погляд крізь 13 млрд років
Щоб помітити цей давній пил, команда науковців дослідила три прадавні галактики. Світло від них ішло до Землі понад 13 млрд років, показуючи їх такими, якими вони були в Епоху реіонізації. У цей період перші зорі своїм ультрафіолетом поступово «пробивали» туман із нейтрального водню, завершуючи темні віки Всесвіту.
Розгледіти тьмяні спектральні лінії вдалося лише завдяки надчутливому інфрачервоному телескопу James Webb (JWST). Науковці використали самі галактики як джерела підсвічування: коли їхнє світло проходило крізь навколишній газ, наявні елементи залишали в його спектрі своєрідні «тіні» — лінії поглинання.
Проаналізувавши архівні дані майже 30-годинних спостережень JWST, вчені виявили у трьох галактиках чіткі відбитки кисню, вуглецю та кремнію. Навіть більше, ці лінії мали синє зміщення. Це означає, що газ не просто був поруч, а зі швидкістю вилітав із галактик назовні, забарвлюючи міжгалактичне середовище. За своєю хімічною структурою ці давні викиди виявилися дивовижно схожими на ті, що відбуваються в набагато зріліших галактиках через мільярди років.
Зникнення «первинних» зір
Цей процес обміну речовиною астрономи називають баріонним циклом. Завдяки йому галактики не живуть ізольовано, а утворюють єдину екосистему, де матеріал від померлих світил переробляється та використовується наступними поколіннями.
Це відкриття підказує відповідь на одну з найголовніших загадок сучасної астрофізики: чому ми досі не можемо знайти зорі Популяції III? Це гіпотетичні перші зорі Всесвіту, які мали б складатися з абсолютного чистого водню й гелію без жодної домішки важких мінералів.
Якщо галактики почали насичувати космос «брудом» вже через 500 млн років після Великого вибуху, то первозданного газу у Всесвіті майже не залишилося занадто швидко.
Як підсумовує автор дослідження Йонда Чжу: «Якщо у вас є чашка чистого ванільного морозива і ви одразу починаєте сипати туди кольорову посипку, то вже дуже скоро ви просто не зможете знайти жодного чистого ванільного шматочка».
Раніше ми розповідали про те, як первинні чорні діри запалили перші зорі Всесвіту.
За матеріалами Phys
