Астрономи відкрили модель, що пояснила хімічну еволюцію найдавніших зоряних скупчень

Міжнародна команда астрофізиків на чолі з Марком Гілесом з Інституту космічних наук Університету Барселони (ICCUB) розробила нову модель, яка пояснює роль надмасивних зірок у формуванні найдавніших зоряних скупчень. Дослідження опубліковано в журналі Month­ly Notices of the Roy­al Astro­nom­i­cal Soci­ety і стосується кулястих скупчень — щільних систем, що містять сотні тисяч або мільйони зір, більшість із яких старші за 10 мільярдів років.

У центрі уваги — хімічні відмінності між зорями всередині таких скупчень, зокрема підвищений вміст гелію, азоту, натрію, магнію та алюмінію. Модель, створена дослідниками з Барселони та Женеви, показує, що в екстремальних умовах раннього Всесвіту турбулентні газові потоки породжували надмасивні зорі масою від 1000 до 10 000 Сонць. Ці зорі випромінювали потужні вітри, насичені продуктами термоядерного синтезу, які змішувалися з первинним газом і формували нові зорі з унікальним хімічним складом.

1 / 1Зліва — художнє зображення кульового скупчення на початку свого існування, в якому знаходяться надзвичайно масивні зірки з потужними зоряними вітрами, що збагачують скупчення елементами, обробленими при надзвичайно високих температурах. Справа — стародавнє кульове скупчення, як ми його бачимо сьогодні: зірки з низькою 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).

За словами Марка Гілеса, навіть кілька таких зір могли залишити довготривалий хімічний слід у межах усього скупчення. Його колеги Лаура Рамірес-Галеано та Корінн Шарбоннель з Університету Женеви зазначили, що ядерні реакції в ядрах надмасивних зір здатні створювати спостережувані аномальні елементи. Модель також пояснює, як ці зорі могли виникнути у перші мільйони років після Великого вибуху.

Процес формування відбувався швидко — менш ніж за 2 мільйони років, до вибухів перших наднових, тому первинний газ залишався чистим від важких елементів. Дослідники припускають, що подібні зорі формувалися і в перших галактиках, які нині спостерігає телескоп James Webb. Зокрема, у тих, що мають аномально високий вміст азоту. Після загибелі ці зорі могли колапсувати у чорні діри середньої маси, які стали джерелом гравітаційних хвиль.

Нова модель, запропонована вченими, пропонує єдину фізичну картину, яка пояснює не лише хімічну еволюцію стародавніх зоряних скупчень, а й можливу участь надмасивних зір у формуванні перших галактик і чорних дір у молодому Всесвіті.