Недавнє дослідження під керівництвом наукової групи професора Джейн Лісін Дай (Jane Lixin Dai) з фізичного факультету Гонконгського університету встановило новий метод виявлення зір першого покоління, відомих як зорі населення ІІІ (Population III stars, Pop III). Їх астрономи досі не спостерігали.
Результати дослідження отримали широке визнання міжнародної астрономічної спільноти, особливо від вчених Наукового інституту космічного телескопа, який керує кількома телескопами NASA. Можливе відкриття зір населення ІІІ обіцяє розкрити таємниці походження Всесвіту та забезпечити глибше розуміння дивовижної історії від первісного космосу до світу, в якому ми існуємо нині. Висновки науковців оприлюднено в The Astrophysical Journal Letters.
Невдовзі після того, як Всесвіт виник з Великого Вибуху, почали формуватися перші зорі, що складалися переважно з водню та гелію. Властивості цих зірок першого покоління, чи зір населення ІІІ, дуже відрізняються від зір, таких як Сонце, або навіть тих, які формуються в наш час. Вони були надзвичайно гарячими, мали велетенські розміри і масу, але існували дуже мало часу.
Зорі населення ІІІ є першими «фабриками», що синтезували більшість елементів, важчих за водень і гелій, які нині є навколо нас. Вони також дуже важливі для формування наступних поколінь зір і галактик. Однак досі не було переконливих прямих виявлень зір населення ІІІ, бо ці зорі, утворені в ранньому Всесвіті, містяться дуже далеко і занадто слабкі для будь-якого з наших телескопів на Землі чи в космосі.
Вчені Гонконгського університету вперше відкрили новий метод виявлення цих перших зір у ранньому Всесвіті. Науковці припустили, що зоря населення III може бути розірвана на шматки припливною силою, якщо вона опиниться в околицях масивної чорної діри.
Принципова схема події припливного руйнування зорі населення III. У галактиці з червоним зміщенням z ≳ 10 зоря населення III зазнає припливного руйнування від надмасивної чорної діри. Велика частина речовини зруйнованої зорі перетворюється на потужний вітер, який спричиняє появу яскравого спалаху в оптичному та ультрафіолетовому світлі. При z = 0 випромінювання спалаху зміщено в червону ділянку спектра до довжини хвилі ближнього інфрачервоного діапазону. Таке випромінювання може бути виявлене космічним телескопом Джеймса Вебба і майбутнім космічним телескопом імені Ненсі Грейс Роман. Авторські права на зображення: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad41b7. Фото з сайту https://phys.org.
Під час події припливного руйнування (tidal disruption event, TDE) чорна діра «смакує» залишками зорі й створює дуже яскраві спалахи. Дослідники вивчили складний фізичний процес і продемонстрували, що ці спалахи можуть спричинити випромінювання, яке пройде мільярди світлових років й досягне Землі в наш час. Найважливіше, що виявили науковці: унікальні ознаки спалахів від припливного руйнування можна використати для ідентифікації існування зір населення III і отримання уявлення про їхні властивості.
«Оскільки енергетичні фотони подорожують із дуже великої відстані, часовий масштаб спалаху буде розтягнутий через розширення Всесвіту. Ці спалахи TDE будуть посилюватися та згасати протягом дуже тривалого періоду часу, що відрізняє їх від події припливного руйнування, пов’язаних із зорями сонячного типу в місцевому Всесвіті», — сказав професор Дай, головний дослідник і автор проєкту.
«Цікаво, що розтягнуті не тільки часові масштаби спалахів, але й довжини хвиль випромінювання від них. Оптичне та ультрафіолетове світло, що виникає внаслідок події припливного руйнування, стане інфрачервоним випромінюванням, коли досягне Землі», — зауважив докторант фізичного факультету Гонконгського університету Рудрані Кар Чоудхурі (Rudrani Kar Chowdhury), перший автор статті в The Astrophysical Journal Letters.
Що робить відкриття ще більш захопливим, так це те, що дві головні місії NASA, нещодавно запущений космічний телескоп Джеймса Вебба і майбутній космічний телескоп імені Ненсі Грейс Роман, мають можливість спостерігати таке інфрачервоне випромінювання з великих відстаней.
Професор Прія Натараджан (Priya Natarajan) з факультету астрономії та фізики Єльського університету, співавтор статті заявив: «Унікальні можливості “Роман” одночасно спостерігати велику ділянку неба та зазирнути глибоко в ранній Всесвіт роблять його багатообіцяючим зондом. для виявлення спалахів від події припливного руйнування, пов’язаних із зорями населення III, які, зі свого боку, послужать непрямим відкриттям зір населення III».
Джанет Чанг (Janet Chang), аспірантка кафедри фізики Гонконгського університету та співавтор статті, додала: «Ми очікуємо, що “Роман” виявлятиме кілька десятків цих подій щороку, якщо буде дотримуватися правильної стратегії спостережень».
З огляду на ці висновки, в наступному десятилітті астрономи отримають значний потенціал для виявлення різних джерел, що приведе до захопливих відкриттів про зорі населення ІІІ і розгадки таємниць зародження Всесвіту.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
