В молодых галактиках было не меньше тяжёлых элементов, чем в Млечном Пути

Как мы достоверно знаем из наблюдений, юные галактики точно существовали раньше 12 млрд. лет тому назад. А вот чего мы, по словам учёных из Института Нильса Бора (Дания), до сих пор не знали, так это того, что в те невообразимые времена галактики развивались намного быстрее, чем сейчас. И это значит, что 12 млрд. лет назад уже имелись звёзды с планетарными системами, в которых было возможно возникновение жизни. 

Результаты этих научных изысканий опубликованы на текущей неделе в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

По существующей космологической модели, после Большого взрыва, случившегося 13,7 млрд. лет тому назад, Вселенная представляла собой горячий, плотный первичный «суп», состоящий из газа и частиц. По мере её расширения «суп» остывал и становился менее плотным. Его первоначальное распределение было не вполне однородным: где-то плотнее, где-то разреженнее. В самых насыщенных барионной материей регионах гравитация вызвала дальнейшую концентрацию вещества, спровоцировав формирование первых звёзд и галактик. Считается, что это произошло примерно через 500 млн. лет после Большого взрыва. 

Предположительно, первые звезды были чисто водородно-гелиевыми (поколение III), практически без металлов, которым ещё неоткуда было взяться: их не успели наработать звёзды в ходе термоядерных реакций. Лишь последующие поколения звёзд, содержащие продукты взрывов первоначальных крайне массивных светил, которые уже успели произвести в своих недрах тяжёлые элементы, имели достаточную металличность и количество углерода и кислорода для формирования планет и зарождения на них жизни в известных нам формах. 

До недавнего времени считалось, что от первых звёзд (500 млн. лет от Большого взрыва) до первых планетных систем минули миллиарды лет. Однако исследование, проведённое в Институте Нильса Бора, показывает, что для некоторых галактик это по меньшей мере совершенно неверно. 

«Мы изучили десять галактик ранней Вселенной, проанализировали их спектры, — рассказывает профессор Йохан Финбо из Центра тёмной космологии при Институте Нильса Бора в Копенгагене. — Мы наблюдаем свет от этих галактик, пропутешествовавший предварительно 10–12 млрд. лет до Земли, и видим их такими, какими они были в ту пору. Мы ожидали, что увидим относительно примитивное звёздное население с низким содержанием тяжёлых элементов, но то, что было обнаружено, оказалось большим сюрпризом». На деле оказалось, что газ в некоторых галактиках и их звёздах имеет очень высокое содержание тяжёлых элементов, неотличимое от современных галактик вроде Млечного Пути. «Их газ был столь же насыщен [тяжёлыми элементами], как наше Солнце», — констатирует учёный. 

Чтобы с высокой достоверностью исследовать спектры столь удалённых галактик, учёные использовали квазары, находящиеся за интересовавшими их десятью галактиками. Часть спектра излучения квазаров, которые поглощались изучаемыми галактиками, «выдавала» те химические элементы, через которые проходило излучение квазаров на пути к земным наблюдателям. 

Одна из исследованных галактик оказалась особенно экстравагантной — даже её периферийные области (!) чрезвычайно насыщены тяжёлыми элементами. По словам Йохана Финбо, столь высокий уровень насыщенности означает, что уже 12 млрд. лет назад здесь наличествовали необходимые условия для формирования жизни земного типа. 

И самое интригующее: механизм быстрого насыщения ранних галактик тяжёлыми элементами остаётся пока совершенно неясным. Термоядерным реакциям просто не должно было хватить для этого времени. И потом, если за считанные сотни миллионов лет некоторым галактикам удалось наработать столько же тяжёлых элементов, как нашему Млечному Пути, то сколько же их там должно быть сейчас, через 12 млрд. лет нуклеосинтеза? 

Подготовлено по материалам Копенгагенского университета.

Текст: Александр Березин

Послушать эту новость 

Подробнее