Среда , 30 ноября 2022

Звезда Эарендел зажглась меньше чем через миллиард лет после Большого взрыва

Звезда Эарендел зажглась меньше чем через миллиард лет после Большого взрыва

Звезда Эарендел зажглась меньше чем через миллиард лет после Большого взрыва


Рис. 1. «Портрет» звезды Эарендел, полученный телескопом «Хаббл». Галактика, содержащая звезду, предстает на этом снимке в виде красной дуги (на самом деле там аж три части, каждая из которых является искаженным изображением галактики). Авторы открытия назвали эту галактику «Рассветной дугой» («Sunrise Arc»). Свет от нее за время путешествия по Вселенной ушел в красную (даже инфракрасную) часть спектра и претерпел искажения в гравитационном поле массивного скопления галактик, лежащего между ней и нами, — отсюда цвет и форма галактики на снимке. Сама звезда отмечена стрелкой. По обе стороны от нее — два изображения одного и того же звездного скопления внутри галактики (раздвоение произошло из-за особенностей гравитационной линзы). Фото с сайта hubblesite.org

Международная группа астрофизиков, работающих на телескопе имени Хаббла, объявила о вероятном наблюдении отдельной звезды, существовавшей не более чем через 900 миллионов лет после рождения нашей Вселенной. Свет от нее шел к нам 12,9 млрд лет. Статья, в которой описаны детали работы, появилась 30 марта в журнале Nature. Звезда, названная авторами Эарендел (Earendel), находится в очень далекой галактике, свет от которой на пути к нам проходит вблизи массивного скопления галактик WHL0137–08. Благодаря гравитационному линзированию на этом скоплении излучение Эарендела усиливается в тысячи раз, что и позволило его разглядеть. Это открытие сильно перебивает рекорд дальности для отдельной звезды: свет от предыдущей рекордсменки (также обнаруженной при помощи «Хаббла») шел до нас 9,3 млрд лет.

— Ну вот, теперь остался только Хранитель Кольца, — обратилась она к Фродо. — Ты последний ждешь моих слов, но не последний в моих мыслях. Для тебя у меня приготовлен особый дар. — Галадриэль подняла хрустальный фиал, и от ее руки брызнули лучи белого света. — Здесь пойман и сбережен свет Эарендила, отразившийся в моем Зеркале. Чем чернее ночь вокруг тебя, тем ярче будет он освещать твой путь. Ему гореть там, где погаснут все другие огни. Помни Галадриэль и ее Зеркало.

Дж. Р. Р. Толкиен. «Властелин колец»

В чем новизна заявки на открытие, сделанной международной командой во главе с астрофизиком из университета Джонса Хопкинса Брайаном Велчем (Brian Welch)? Подчеркну, что сама реальность звезд не только столь почтенного возраста, но и возникших значительно раньше, давно уже не вызывает сомнений (например, об этом рассказано в моей книге «Белые карлики. Будущее Вселенной» на стр. 147–154). Тот же «Хаббл» в ходе реализации нескольких программ глубокого (Deep Fields) и сверхглубокого (см. Hubble Ultra-Deep Field) сканирования отдельных участков небесной сферы, неоднократно выявлял галактики, чей свет доходит до Земли с красным смещением порядка восьми или даже несколько выше. Это означает, что они возникли никак не позднее, чем через 700 миллионов лет после Большого взрыва, а вполне возможно, что и много раньше. В 2011 году ученые из Нидерландов, США и Швейцарии сообщили о вероятной регистрации света от массивного звездного скопления с более чем десятикратным красным смещением, который был испущен, когда возраст Вселенной не превышал 480 миллионов лет (R. J. Bouwens et al., 2011. A candidate redshift z ≈ 10 galaxy and rapid changes in that population at an age of 500 Myr). Отсюда следует, что светила первого поколения (по традиции их называют звездами населения III) существовали уже и в ту космическую эпоху. Согласно различным астрофизическим моделям, процесс звездообразования в нашей Вселенной мог начаться в промежутке 50–300 миллионов лет после Большого взрыва.

Однако обнаружить отдельные светила столь почтенного возраста неизмеримо труднее, нежели зарегистрировать содержащее их звездное скопление. Излучение таких звезд доходит до Земли в виде чрезвычайно слабых фотонных потоков, сдвинутых красным смещением в ближнюю инфракрасную зону. Выделить столь эфемерные сигналы на фоне излучения материнских галактик — крайне непростая задача. Поэтому не приходится удивляться, что самая старая звезда, которую ранее удалось зарегистрировать с помощью оптики «Хаббла», прислала свой свет на Землю с красным смещением всего лишь 1,5, что соответствует возрасту порядка четырех миллиардов лет.

Информация об открытии этого исполинского светила из семейства голубых сверхгигантов появилась в 2018 году. Оно произошло лишь благодаря тому счастливому случаю, что звездный свет, путешествуя через космическое пространство, прошел вблизи края мощного галактического скопления MACS J1149+2223, удаленного от нас на 5 миллиардов световых лет, и поэтому был отклонен и сфокусирован его тяготением. В результате этого эффекта гравитационного линзирования видимая яркость звезды выросла настолько, что аппаратура «Хаббла» смогла ее сфотографировать. Первооткрыватели дали своей находке весьма романтическое имя — Икар (в каталогах она фигурирует под куда менее приятным названием MACS J1149 Lensed Star 1). Стоит отметить, что в 2015 году то же самое скопление галактик MACS J1149+2223 помог обнаружить очень далекую сверхновую, взорвавшуюся за 9,3 миллиарда световых лет от Солнца (см. новость Сверхновая вспыхнула еще раз в назначенное время в назначенном месте, «Элементы», 25.12.2015).

Новоткрытая звезда была выявлена благодаря такому же зигзагу удачи. О ее существовании говорит наблюдение светящегося объекта внутри галактики WHL0137-zD1, чье красное смещение составляет 6,2±0,1. Интенсивность дошедшего от нее света была многократно усилена прохождением вблизи обнаруженного в начале 2010-х годов скопления галактик WHL0137-08, чье излучение сдвинуто в красную сторону спектра с довольно скромным смещением 0,566. Этот источник наблюдался в течение трех с половиной лет, причем за это время его яркость оставалась практически неизменной. В астрономические каталоги он попал с индексом WHL0137-LS, однако команда первооткрывателей окрестила его Earendel — «Утренняя Звезда» в переводе со староанглийского. Почитатели Джона Рональда Руэла Толкина сразу поймут, что это имя навеяно его книгами.

Разумеется, новую звезду (точнее, пока еще кандидата на эту роль) было невозможно идентифицировать, просто рассматривая изображения, сделанные в инфракрасном канале широкопольной камеры «Хаббла» Wide Field Camera 3, которая успешно трудится на благо науки с 2009 года. Оцифрованная первичная информация была обработана на основе ряда сложных алгоритмов, а затем «провернута» через пять различных моделей, описывающих процессы гравитационного линзирования.

В результате был получен набор данных, которые позволили оценить предполагаемые параметры источника зарегистрированных инфракрасных фотонов. Например, ученые пришли к выводу, что его максимальные геометрические размеры не превышают 0,36 парсек, а скорее всего в несколько раз меньше. Поскольку радиус самого компактного из известных звездных скоплений составляет 0,7 парсек, эта оценка стала сильным аргументом в пользу того, что Earendel представляет собой либо одиночную звезду, либо, что не исключено, двойную звездную систему. Авторы статьи в Nature склоняются к первой опции, однако в целом полагают вопрос открытым. Они особо отмечают, что предстоящий этим летом ввод в строй космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) даст возможность собрать более полную и точную информацию об их находке.

Авторы признают, что собранные данные не позволяют с уверенностью охарактеризовать главные параметры предполагаемой звезды — массу и светимость. Они допускают, что Earendel — это сверхгигант спектрального класса О с массой свыше ста солнечных масс и эффективной температурой поверхности порядка 60 тысяч кельвинов. Однако не исключено, что его в конечном счете придется отнести к «нижележащим» спектральным классам В или даже А. Также возможно, что его масса находится в диапазоне от 40 до 100 солнечных масс, а нижняя граница поверхностной температуры составляет порядка 8 тысяч кельвинов. Уточняя эти оценки, авторы резюмируют, что масса «Утренней Звезды» скорее всего не менее 50 и не более 100 масс Солнца, а температура поверхности, вероятно, превышает 20 тысяч кельвинов. Для выяснения этих вопросов опять-таки понадобятся данные со спектроскопического приборного комплекса «Джеймса Уэбба». В общем, работы там много. Полученные результаты смогут использовать теоретики астрофизики. Как считает профессор Гарварда Ави Лёб (Avi Loeb), «настолько древняя звезда может принадлежать к самому первому поколению звезд Вселенной и поможет нам разобраться в условиях звездообразования на заре эволюции галактик».

Перефразируя Михаила Афанасьевича Булгакова, посмею заметить, что рассказывать об интересных научных открытиях, возможно, и не легко, но уж точно приятно. Именно такие эмоции я испытал, работая над этой заметкой.

Источник: Brian Welch, Dan Coe, Jose M. Diego, Adi Zitrin, Erik Zackrisson, Paola Dimauro, Yolanda Jiménez-Teja, Patrick Kelly, Guillaume Mahler, Masamune Oguri, F. X. Timmes, Rogier Windhorst, Michael Florian, S. E. de Mink, Roberto J. Avila, Jay Anderson, Larry Bradley, Keren Sharon, Anton Vikaeus, Stephan McCandliss, Maruša Bradač, Jane Rigby, Brenda Frye, Sune Toft, Victoria Strait, Michele Trenti, Soniya Sharma, Felipe Andrade-Santos & Tom Broadhurst. A highly magnified star at redshift 6.2 // Nature. 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04449-y.

Алексей Левин

Источник elementy.ru

Смотрите также

Асимметричный органокатализ в старом и новом свете

Рис. 1. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2021 года: Дэвид Макмиллан (David MacMillan, слева) и …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *