Астрономи виявили "чисті" хмари молекулярного водню

Американські астрономи виявили "чисті" хмари молекулярного водню в ранньому Всесвіті, в яких відсутні значні домішки важких елементів, передбачені теорією хімічної еволюції ранніх галактик, і опублікували свої висновки в статті у журналі Science.

Вчені вважають, що їхнє відкриття може зажадати перегляду існуючих теорій "металізації" Всесвіту - цілком можливо, що наднові розпилювали важкі елементи не так ефективно, як вважалося раніше.

"Астрономи витратили багато десятиліть на пошук хоча б одного об'єкта у Всесвіті, в якому не було б металів. Незважаючи на всі зусилля, ми наштовхувалися на бар'єр в 1 тисячну частки металів, яка міститься в нашому Сонці. Виявлені хмари первинного газу містять в десятки разів менше металів і є "найчистішим" об'єктом у Всесвіті", - заявив один з учасників групи Ксав’є Прочаска (Xavier Prochaska) з університету штату Каліфорнія в місті Санта-Круз (США).

Група астрономів під керівництвом Мішеля Фумагаллі (Michele Fumagalli) з університету штату Каліфорнія в місті Санта-Круз (США) виявила хмари "чистого" первинного газу, вивчаючи світіння квазарів J113418.96 +574204.6 і Q0956 +122 за допомогою спектрометра HIRES на першому телескопі гавайської обсерваторії імені Кека.

Квазари є найяскравішими ядрами галактик, в центрі яких перебувають надмасивні чорні діри, що "перемелюють" зірки та інші форми матерії і виділяють частину отриманої енергії у вигляді надпотужних пучків випромінювання. Завдяки цьому світло квазарів залишається помітним навіть через кілька мільярдів років польоту.

Зокрема, Фумагаллі і його колеги "спіймали" світло квазарів, що залишило ядро ​​стародавніх галактик ще в епоху "дитинства" Всесвіту, приблизно 11,9 мільярда років тому, через 2 мільярди років після Великого Вибуху.

Вчені проаналізували спектр випромінювання цих об'єктів і виявили, що на своєму шляху світло квазарів зустріло хмари молекулярного газу з червоним зміщенням 3,41 і 3,21, що відповідає відстані в 11,8 і 11,6 мільярда світлових років.

За розрахунками вчених, ці хмари складалися з молекул "звичайного" водню і мікроскопічних кількостей "важкого" дейтерію, а лінії поглинання більш важких елементів були відсутні. Астрономи розрахували ступінь іонізації цих "зародків" зірок і оцінили частку важких елементів в їх складі.

Частка металів у першій хмарі виявилася в тисячу разів нижчою від типових значень для скупчень молекулярного газу, віддалених на 10 мільярдів років від Землі і більше, а в другій - в 100 разів. Подібна концентрація металів асоціюється з так званими зірками популяції III, які населяли перші галактики. Наразі ні одна така зірка так і не була знайдена вченими.

Співвідношення водню і дейтерію в цих хмарах збігається з теоретично передбаченими значеннями, які обчислені за допомогою даних про ранній Всесвіт, отриманих американським зондом WMAP.

З іншого боку, поява таких "чистих" хмар була відносною рідкістю в цю епоху, оскільки перші наднові мали наситити металами міжзоряну і міжгалактичну матерію вже через 500 мільйонів років після Великого Вибуху.

Тим не менше, ці хмари могли б стати зірками з популяції III, оскільки їх маси (близько 420 тисяч - 6 мільйонів сонячних) повинно було вистачити для зародження зірки з винятково водневим "паливом". Таким чином, первинні зірки могли виникнути через два мільярди років після передбачуваного переходу від популяції III до популяції II.

Як вважають астрономи, "чисті" хмари свідчать про різні темпи металізації ранніх галактик - в деяких регіонах цей процес йшов швидше, ніж в інших. Ймовірно, цей процес був вкрай неефективним і "металізована" матерія наднових погано змішувалася з первісним воднем і гелієм.