«Джеймс Уэбб» раскрыл возможную причину исчезновения первых звезд

Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» показали, что тяжёлые химические элементы начали распространяться за пределы первых галактик значительно раньше, чем считали учёные. Это может объяснить, почему астрономам до сих пор не удалось обнаружить звёзды третьего поколения, сформированные только из первичного вещества Вселенной, сообщает University of Arizona News.

Исследователи изучили три древние галактики, свет от которых добирался до Земли более 13 млрд лет. Они наблюдаются такими, какими были примерно через 500 млн лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял лишь около 3% от современного.

Ранее предполагалось, что окружающий молодые галактики газ в ту эпоху должен был оставаться почти первозданным и состоять главным образом из водорода и гелия. Новая работа астрономов из Университета Аризоны, опубликованная в журнале Nature Astronomy, указывает на другую картину. Уже на ранней стадии развития космоса галактики выбрасывали в окружающее пространство вещества, содержащие углерод, кислород и кремний.

Тяжёлые элементы появились вокруг галактик очень рано

После Большого взрыва во Вселенной преобладали самые простые элементы — водород и гелий. Под действием гравитации газ собирался в плотные облака, из которых формировались первые звёзды.

Внутри светил при высоких температурах и давлении возникали более тяжёлые элементы. После завершения жизни звёзд эти вещества попадали в окружающее пространство и впоследствии становились частью новых поколений звёзд и планет.

До настоящего времени оставался открытым вопрос, насколько быстро такой материал начал покидать первые галактики и распространяться по межгалактической среде.

Телескоп наблюдал галактики почти 30 часов

Для исследования учёные использовали спектральные данные «Джеймса Уэбба». Суммарная продолжительность наблюдений составила почти 30 часов. Этого оказалось достаточно, чтобы обнаружить слабые линии поглощения, связанные с тяжёлыми элементами.

В спектрах трёх галактик были выявлены признаки углерода, кислорода и кремния. При этом линии оказались смещены таким образом, что исследователи смогли установить направление движения газа: он удалялся от галактик и переносил тяжёлые элементы в окружающее пространство. В научной работе указаны скорости такого движения примерно от 50 до 250 километров в секунду.

Особое внимание учёных привлекло то, что химические признаки очень молодых галактик оказались похожи на характеристики значительно более поздних и развитых систем. Это свидетельствует о том, что перераспределение вещества началось уже на заре существования Вселенной.

Галактики постоянно обмениваются веществом

Перемещение вещества из галактик и обратно называют барионным циклом. Благодаря этому процессу материал, созданный одним поколением звёзд, способен распространяться по окружающему пространству и позднее участвовать в образовании новых светил.

Полученные данные показывают, что подобный обмен начался раньше, чем предполагалось. Уже через 500 млн лет после Большого взрыва тяжёлые элементы присутствовали в газе за пределами галактик.

Открытие может объяснить отсутствие звёзд третьего поколения

Результаты исследования также дают возможное объяснение тому, почему астрономы пока не смогли непосредственно увидеть самые первые звёзды Вселенной.

Такие объекты относят к звёздам третьего поколения. Согласно современным представлениям, они должны были формироваться из газа, практически полностью состоявшего из водорода и гелия, ещё до распространения более тяжёлых элементов.

Если насыщение окружающего пространства углеродом, кислородом и другими веществами началось настолько рано, период существования совершенно чистого первичного газа мог оказаться сравнительно коротким. Следовательно, условия для появления звёзд третьего поколения также могли сохраняться недолго.

Авторы работы рассматривают это как одно из возможных объяснений того, почему такие светила до сих пор не были надёжно обнаружены. Новые наблюдения показывают, что химическое развитие галактик и обмен веществом между ними начались уже в первые сотни миллионов лет после рождения Вселенной.