Фото из открытых источников Новое исследование показало, что первые звезды в космосе, возможно, превышали массу Солнца более чем в 10 000 раз, что примерно в 1000 раз больше, чем у самых больших ныне живущих звезд. В настоящее время самые большие звезды имеют массу в 100 солнечных. Но ранняя Вселенная была гораздо более экзотическим местом, заполненным мегагигантскими звездами, которые жили быстро и умирали очень молодыми, как обнаружили исследователи. И как только эти обреченные гиганты вымерли, условия для их повторного образования уже никогда не были подходящими. Более 13 миллиардов лет назад, вскоре после Большого взрыва, во Вселенной не было звезд. Не было ничего, кроме теплого супа из нейтрального газа, почти полностью состоящего из водорода и гелия. Однако за сотни миллионов лет этот нейтральный газ начал накапливаться во все более плотные шары материи. Этот период известен как космическое Средневековье. В современной Вселенной плотные шары материи быстро коллапсируют, образуя звезды. Но это потому, что в современной Вселенной есть то, чего не хватало в ранней Вселенной: множество элементов тяжелее водорода и гелия. Эти элементы очень эффективно излучают энергию. Это позволяет плотным скоплениям очень быстро сжиматься, коллапсируя до достаточно высокой плотности, чтобы вызвать ядерный синтез — процесс, который питает звезды, объединяя более легкие элементы в более тяжелые. Но единственный способ получить более тяжелые элементы — это все тот же процесс ядерного синтеза. Многочисленные поколения звезд, которые формировались, сливались и умирали, обогатили космос до его нынешнего состояния. Не имея возможности быстро выделять тепло, первое поколение звезд должно было формироваться в совершенно других и гораздо более сложных условиях. Чтобы понять загадку этих первых звезд, группа астрофизиков обратилась к сложной компьютерной симуляции темных веков, чтобы понять, что происходило тогда. Они сообщили о своих выводах в статье, опубликованной в базе данных препринтов arXiv и отправленной на рецензирование в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. В новой работе представлены все обычные космологические ингредиенты: темная материя, помогающая расти галактикам, эволюция и сгущение нейтрального газа, а также излучение, которое может охлаждать, а иногда и нагревать газ. Но в их работе есть то, чего не хватало другим: холодные фронты — быстро движущиеся потоки застывшей материи — которые врезаются в уже сформированные структуры. Исследователи обнаружили, что первому звездообразованию предшествовала сложная сеть взаимодействий. Нейтральный газ начал собираться и слипаться. Водород и гелий выделяли немного тепла, что позволяло сгусткам нейтрального газа медленно достигать более высоких плотностей. Но сгустки высокой плотности стали очень теплыми, производя излучение, которое разлагало нейтральный газ и не позволяло ему распасться на множество более мелких сгустков. Это означает, что звезды, состоящие из этих сгустков, могут стать невероятно большими. Эти возвратно-поступательные взаимодействия между излучением и нейтральным газом привели к массивным скоплениям нейтрального газа — началу первых галактик. Газ глубоко внутри этих протогалактик сформировал быстро вращающиеся аккреционные диски — быстротекущие кольца материи, которые формируются вокруг массивных объектов, включая черные дыры в современной Вселенной. Тем временем на внешние края протогалактик обрушились холодные газовые фронты. Самые холодные, самые массивные фронты проникали в протогалактики вплоть до аккреционного диска. Эти холодные фронты врезались в диски, быстро увеличивая их массу и плотность до критического порога, тем самым позволяя появиться первым звездам. Те первые звезды были не просто обычными термоядерными фабриками. Они представляли собой гигантские сгустки нейтрального газа, которые одновременно воспламеняли все свои термоядерные ядра, пропуская стадию, на которой они распадаются на мелкие кусочки. Получившаяся звездная масса была огромной. Эти первые звезды были бы невероятно яркими и прожили бы чрезвычайно короткую жизнь, менее миллиона лет (звезды в современной Вселенной могут жить миллиарды лет). После этого они бы погибли в яростных вспышках взрывов сверхновых. Эти взрывы должны были нести продукты реакций внутреннего синтеза — элементы тяжелее водорода и гелия — которые затем заложили основу для следующего раунда звездообразования. Но теперь, зараженные более тяжелыми элементами, процесс не мог повториться, и эти монстры никогда больше не появлялись на космической сцене.
