Звёзды третьего поколения (Population III, PopIII) — это главный приз астрономии
Звёзды третьего поколения представляют собой первое поколение звёзд, рождённых из первозданного водорода и гелия, созданных во время Большого взрыва. Эти теоретические гиганты, потенциально в сотни раз более массивные, чем наше Солнце, должны были существенно отличаться от любых звёзд, которые мы видим сегодня. Они практически не содержали «металлов» — в астрономии так называют элементы тяжелее гелия, поскольку в то время во Вселенной их ещё не существовало.
Проблема обнаружения
Несмотря на невероятную мощность космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), эти древние звёзды оставались неуловимыми. Традиционные поиски были сосредоточены на поиске полностью лишённых металлов систем, в которых искали краткую сигнатуру яркого излучения гелия без каких-либо примесей тяжёлых элементов. Такой подход создаёт невероятно узкое окно для обнаружения.
Новый подход
Новое исследование под руководством Элки Русты из Университета Флоренции в Италии предлагает революционный подход: вместо поиска идеальной чистоты — нацелиться на галактики в период их «самозагрязнения». Это происходит, когда первые массивные звёзды взрываются как сверхновые и разбрасывают тяжёлые элементы в окружающий газ, но оригинальные звёзды, лишённые металлов, всё ещё продолжают светить.
В этот переходный период галактики PopIII могут излучать обнаруживаемые линии металлов, всё ещё размещая только лишённые металлов звёзды. Газ демонстрирует химическое обогащение от первых сверхновых, создавая наблюдаемые сигнатуры, даже несмотря на то, что звёзды сами сформировались из первозданного материала. Это представляет собой гораздо более длительное и более обнаруживаемое окно, чем мимолетный момент полного отсутствия металлов.
Исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, сообщает об обнадёживающих новостях о временных рамках обнаружения. Отличительное излучение гелия от галактик PopIII может длиться до 20 миллионов лет, как предполагает команда, и остаётся частично видимым даже во время «гибридной» фазы, когда сосуществуют звёзды первого и второго поколений. Хотя это и кратко в космических масштабах, это значительно дольше, чем считалось возможным ранее.
Команда разработала новые диагностические инструменты, используя ультрафиолетовые металлические линии для идентификации кандидатов. Применив их к существующим данным JWST из исследования JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), они идентифицировали девять галактик-кандидатов, более 25% звёздной массы которых приходится на лишённые металлов звёзды, что значительно больше по сравнению с предыдущими поисками.
Новый метод ищет определённые соотношения эмиссионных линий, особенно между дважды ионизированным кислородом и водородом бета, что открывает пул кандидатов для более легко обнаруживаемых источников. Вместо того чтобы полагаться на отсутствие сигналов, что всегда сложно подтвердить, этот подход обеспечивает положительное обнаружение характерных закономерностей.
Успешное обнаружение галактик PopIII, загрязнённых металлами, изменило бы наше понимание самого раннего периода существования Вселенной. Эти наблюдения могли бы показать, как первые тяжёлые элементы распространялись по ранним галактикам и проследить трансформацию Вселенной от простейшего водорода и гелия к гораздо более сложному химическому коктейлю, который мы видим сегодня.