Американские астрономы Чарли Конрой и Кэйтлин Краттер предложили новую модель реионизации Вселенной, которая объясняет случившееся тем, что в межгалактическое пространство из своих галактик были выброшены взрывами соседних сверхновых звёзды-бродяги. 

После наступления Тёмных веков источников света во Вселенной не было, поскольку звёзды ещё не сформировались. Однако вскоре весь водород оказался чем-то ионизирован — вторично после Большого взрыва. В итоге заполняющий Вселенную водород из нейтрально тёмного стал излучающей ионизованной плазмой. Чтобы это произошло, требовалось излучение, в основном УФ, с длиной волны менее 912 нм. А сила его была так велика, что водород во Вселенной до сих пор остаётся ионизированным. 

Что стало причиной реионизации? Долгое время её приписывали квазарам. Затем фокус переместился на звёзды популяции III — первое поколение светил, образовавшееся после Большого взрыва. Эти очень тяжёлые короткоживущие звёзды не дожили до наших дней. Их масса и светимость были огромны и обусловлены отсутствием углерода, необходимого для каталитического CNO-цикла термоядерного горения водорода (в таких звёздах мог происходить только протон-протонный термоядерный цикл, требующий больших температур). 

Но и здесь всё оказалось очень непросто. Звёзды в наше время «живут» в основном в галактиках — где пространство между ними заполнено нейтральным водородом, абсорбирующим ультрафиолетовое излучение. «Изо всех ионизирующих фотонов, что [самые] горячие звёзды излучают в сегодняшних галактиках, лишь примерно один процент покидает исходную галактику», — отмечает Чарли Конрой. 

Иными словами, если звёзды популяции III не покидали своих галактик, объяснить с их помощью реионизацию невозможно. Но с чего бы им бросать галактики — места своего рождения? 

Здесь на помощь исследователям пришли данные наблюдений за нынешними массивными звёздами — в особенности голубыми гигантами. 70% нынешних гигантов спектрального класса О (от 16 до 60 раз тяжелее Солнца) имеют парную звезду. Оставшиеся 30%, весьма вероятно, имели её первоначально. Почему? Потому что они движутся со скоростями более 30 км/с, что позволяет им пройти от 0,1 до 1 килопарсека (от нескольких сотен до нескольких тысяч световых лет) за свою короткую (из-за массивности) жизнь, длящуюся иногда всего несколько миллионов лет. Считается, что столь быстрое передвижение возможно только тогда, когда рядом со звездой взрывается другая, становясь сверхновой. Полученный импульс почти не гасится в космосе, что и позволяет звезде совершать столь длительные путешествия. Если предположить, что формирование массивных звёзд в ранней Вселенной и сегодняшних гигантов происходило относительно сходным образом, то значительная часть звёзд популяции III должна была переместиться на значительные расстояния. 

Впрочем, как бы велики они ни были, до размеров, скажем, Млечного Пути им очень далеко. Между тем в ранней Вселенной размеры галактик были крайне малы — всего несколько сотен световых лет в поперечнике, подчёркивают исследователи, опираясь на нынешние наблюдения. В сравнении со 100 тыс. световых лет диска Млечного Пути они кажутся крохами. 

Согласно моделированию, проведённому астрономами, при 30-процентной вероятности получения массивной звездой поколения III высокой скорости в результате близкого взрыва сверхновой вклад её ультрафиолетового излучения в реионизацию должен был составлять от 50 до 90%, являясь, таким образом, ключевым во всём процессе реионизации Вселенной. 

Соответствующее исследование будет опубликовано 20 августа в Astrophysical Journal. 

Подготовлено по материалам arXiv. 

Текст: Александр Березин

Послушать эту новость