Астрономи розкрили роль гігантських зірок у ранньому Всесвіті

Міжнародна команда під керівництвом Марка Гілеса (ICREA–ICCUB–IEEC) розробила нову модель формування кульових скупчень, яка пояснює їхні загадкові хімічні властивості та походження надзвичайно масивних зірок.

Зліва — художнє зображення кульового скупчення на початку свого існування, в якому знаходяться надзвичайно масивні зірки з потужними зоряними вітрами, що збагачують скупчення елементами, переробленими при надзвичайно високих температурах. Справа — стародавнє кульове скупчення, як ми його бачимо сьогодні: зірки з малою масою, що вижили, зберігають сліди вітрів від тих надзвичайно масивних зірок, які з того часу колапсували в чорні діри середньої маси. Джерело: Фабіан Боденштайнер; фон: зображення кульового скупчення Омега Центавра в Чумацькому Шляху, зроблене камерою WFI в обсерваторії Ла-Сілья Європейської південної обсерваторії (ESO).

Кульові скупчення, старші за десять мільярдів років, є своєрідними архівами раннього Всесвіту. Вони містять мільйони зірок із незвичним складом — підвищеним вмістом азоту, натрію, гелію та алюмінію. Протягом десятиліть астрономи не могли зрозуміти, звідки береться ця хімічна розмаїтість, що свідчить про багатоступеневе збагачення зоряної речовини.

Нова модель поширює «модель інерційного припливу» на екстремальні умови раннього космосу. Дослідники показали, що турбулентний газ у масивних скупченнях міг створювати надзвичайно масивні зірки (EMS), у тисячу разів більші за Сонце. Ці гіганти випромінювали потужні зоряні вітри, насичені продуктами термоядерного горіння, які змішувалися з первинним газом і породжували нові покоління зірок із зміненим складом. «Лише кілька таких зірок можуть залишити довготривалий хімічний слід у цілому скупченні», — пояснив Гілес.

За словами Лаури Рамірес Галеано та Корінн Шарбоннель із Женевського університету, «ядерні реакції в центрах EMS створюють саме ті елементи, що спостерігаються у стародавніх скупченнях. Тепер ми маємо природний механізм їхнього виникнення». Цей процес триває всього один-два мільйони років — до вибухів наднових, тож газ залишається чистим і збагачується лише зоряними вітрами.

Висновки мають важливі наслідки для розуміння еволюції галактик. «EMS могли бути ключем до формування перших галактик», — підкреслив Паоло Падоан (Dartmouth–ICCUB–IEEC). Їхні яскравість і хімічне виробництво пояснюють азотні надлишки, виявлені телескопом Джеймса Вебба у протогалактиках раннього Всесвіту.

Модель також передбачає, що колапс цих зоряних гігантів створював чорні діри середньої маси, здатні випромінювати гравітаційні хвилі. Таким чином, дослідження об’єднує фізику формування зірок, хімічну еволюцію скупчень і походження перших чорних дір, відкриваючи нове вікно в історію космосу.