Нам нужно поговорить о темных веках. Нет нете темные века после падения Западной Римской империи. И нам нужно поговорить о космическом рассвете: рождении тех первых звезд, бурной эпохи, которая полностью изменила лицо космоса в его современную форму.
Эти первые звезды, возможно, были совершенно непохожи на все, что мы видим в нынешней вселенной. И мы можем, если нам повезет, быть на пороге их первой встречи.
Сначала нам нужно установить небольшую загадку.
Мы все уже знаем, как появляются черные дыры. Гигантская звезда, где-то к северу от восьми масс нашего Солнца, живет короткой, но предсказуемой жизнью, превращая водород в гелий. Затем он исчерпывает водород и начинает плавить гелий. Затем у него кончается гелий, и он начинает сжигать более тяжелые вещи, пробираясь по таблице Менделеева, пока не достигнет железа. Плавление железа высасывает энергию, а не высвобождает энергию, и поэтому ничто не может остановить страшный гравитационный коллапс звезды. Все сжимается в крошечный объем, и теперь у вас есть черная дыра.
Со временем эта черная дыра может встретиться и поглотить другие черные дыры, или просто сосать окружающий межзвездный материал, увеличивая в то же время говядину. При наличии достаточного количества времени и еды черная дыра может раздуваться, превращаясь в гиганта - сверхмассивного гиганта. Эти существа прячутся в сердцах галактик и легко склоняют чашу весов в миллион с лишним раз больше массы нашего Солнца.
Новый материал продолжает падать - только потому, что черная дыра гигантская, не означает, что ее голод утолщен - и когда газ падает в зияющую пасть черной дыры, он сжимается и нагревается, светясь ярче, чем ценность галактики. звезды. Этот объект имеет несколько названий - квазар, блазар, активное ядро галактики - но все они означают одно и то же: гигантская черная дыракормление.
Это все хорошо, немного страшно, но здесь есть проблема. Мы видим квазары в очень далекой вселенной, а это значит, что мы видим квазары в оченьмолодой Вселенной, когда ей не было даже миллиарда лет (да, это юноша для вселенной). И процесс, который я только что описал выше (формирование больших звезд, позволение им жить и умирать, создание черной дыры, позволяя ей питаться гигантскими пропорциями), занимает намного больше времени, чем миллиард лет.
Как наша вселенная так быстро породила черные дыры монстров?
Если обычный маршрут звезда -> черная дыра -> квазар, похоже, не работает в ранней вселенной, самое время рассмотреть альтернативы. Ссылки. Существуют более быстрые пути к созданию больших черных дыр, которые требуют наши наблюдения. И самый быстрый способ создать сверхмассивную черную дыру - начать со сверхмассивной звезды.
Как сверхмассивно? Как насчет 100 000 солнечных масс, достаточно ли это для вас?
Подобных звезд просто не существует в современной вселенной. Если вы попытаетесь втиснуть все этоматериал в достаточно компактном объеме, чтобы превратить его в звезду, взаимодействия и нестабильности будут фрагментировать его, словно в руках рушится тесто для печенья, образуя множество обычных звезд вместо одной монстровой. Вот почему мы думаем, что звезды со 100 солнечными массами, по возможности, сегодня чрезвычайно редки.
Но эпоха Космического Рассвета была другим временем. С одной стороны, тяжелых элементов еще не было - ядерные кузницы не работали достаточно долго, чтобы загрязнять межзвездные водные пути. Излучение от этих дополнительных элементов - отличный способ охладить газовое облако и вызвать его дробление на более мелкие куски. Во-вторых, молодой космос был залит высокоэнергетическим ультрафиолетовым излучением от внезапного рождения других, более мелких звезд. Это излучение разрушает молекулярный водород, еще один ключевой путь охлаждения и фрагментации гигантского газового облака.
Так что, хотя и в редких случаях, условия, возможно, были как раз в конце космического темного века, чтобы образовать гигантские и даже сверхгигантские звезды: достаточно материала могло бы перетекать в достаточно маленький объем, не расщепляясь, рождая огромную звезду.
Эти гигантские звезды привели бы к коротким жизням и рухнули бы непосредственно, чтобы сформировать большие черные дыры, сокращая обычный путь к созданию квазаров.
Это звучит как отличная идея, но в науке великие идеи должны столкнуться с доказательствами, прежде чем мы сможем верить в них. В этом случае было бы очень удобно иметь фотографию одной из этих гигантских звезд перед они превратились в черные дыры, а затем в квазары.
Это тяжело, потому что возраст, когда эти звезды жили и умерли, далек от нас. И эти звезды, хотя и по звездным меркам еще были гигантскими, были очень и очень маленькими, что делало их еще труднее разглядеть на таких экстремальных расстояниях.
Но на этот раз нам может повезти. Недавнее моделирование этих странных звезд показывает, что они удивительно холодные, с температурой поверхности где-то между 6000 и 8000 Кельвинов, придающей их поверхностям интенсивное красное свечение. И благодаря своей невероятной массе они очень яркие, излучающие свет с интенсивностью в десять миллиардов солнц. Такое сочетание яркости и глубокого покраснения означает, что они потенциально видны в инфракрасном диапазоне для некоторых будущих миссий.
Такие миссии, как космический телескоп Джеймса Уэбба, инструмент, специально разработанный для охоты на первых звезд. Если в те давно минувшие эпохи существовали сверхгигантские звезды, и если некоторым из них посчастливилось выжить в эпоху, когда их братья уже начали превращаться в чудовищные черные дыры, ставя их чуть ближе, есть шанс, что мы можем напрямую сфотографируй их
Какое это будет зрелище.
Подробнее: «Об обнаружении сверхмассивных первичных звезд»
