;
Наука 23 октября 2020

Ученые смоделировали взрывы первых звезд. Из их элементов и состоят люди

Далее

В рамках исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society впервые были смоделированы тусклые сверхновые звезды безметалловых первых звезд. Это не только позволило выявить закономерности обилия углерода в звездообразовании, но и приблизиться к пониманию происхождения химических элементов, из которых состоят человеческие тела.

Предполагается, что первые звезды образовались примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва из первичных газов водорода, гелия и легких металлов. Эти газы охлаждались, коллапсировали и воспламенялись, образуя звезды — в 1000 раз более массивные, чем Солнце. Чем больше звезда, тем быстрее они «перегорают». Первые звезды, вероятно, жили всего несколько миллионов лет — ничтожно мало в масштабах Вселенной, которой около 13,8 млрд лет. Их вряд ли когда-нибудь увидят.

«Галактическая археология» относится к изучению звезд второго поколения с целью узнать о физических характеристиках первых звезд, которые исчезли всего через десятки миллионов лет после Большого взрыва. В рамках исследования вычислительной физики впервые были смоделированы тусклые сверхновые звезды безметалловых первых звезд, что позволило выявить закономерности обилия углерода для звездообразования. Срез плотности, температуры и содержания углерода для модели прародителя с 13 массами Солнца в моменты времени (слева направо) через 0,41, 15,22 и 29,16 миллиона лет после взрыва сверхновой в ящике со стороной 2 кпк. Предоставлено: Чиаки и др.

Когда первые безметалловые звезды схлопнулись и взорвались, превратившись в сверхновые, они образовали более тяжелые элементы, такие как углерод. Это дало начало новому поколению звезд. Один из типов второго поколения звезд называют бедными металлом звездами (EMP) с повышенным содержанием углерода. Для астрофизиков они похожи на окаменелости. Их состав отражает нуклеосинтез или слияние более тяжелых элементов первых звезд.

«Мы можем получить результаты косвенных измерений, чтобы получить распределение масс безметалловых звезд из элементарного содержания звезд с низким содержанием металлов», — объясняет Ген Чиаки, научный сотрудник Центра релятивистской астрофизики Технологического института Джорджии

Чиаки — ведущий автор исследования, которое впервые смоделировало слабые сверхновые безметалловых первых звезд. Его работа наконец-то дает ученым теоретическое представление об их формировании.

Анимация показывает процесс обогащения углерода и железа из сверхновой звезды первого поколения с массой 50 солнечных. Четыре панели показывают плотность, температуру, содержание углерода и железа. Во-первых, металлы рассеиваются в окружающей области почти сферически (<14 млн лет после взрыва). Затем металлы расширяются в горизонтальном направлении, в то время как расширение останавливается в вертикальном направлении. В конце концов, металлы снова возвращаются в центральную область, где формируются звезды следующего поколения. Предоставлено: Чиаки и др.

Такого рода исследования являются частью области, называемой «галактической археологией». Ученые сравнивают это с поиском под землей артефактов, рассказывающих о характере давно ушедших обществ. Для астрофизиков характер давно исчезнувших звезд можно определить по их окаменелым останкам.

«Мы не можем видеть самые первые поколения звезд», — объясняет соавтор исследования Джон Уайз, доцент Центра релятивистской астрофизики Технологического института Джорджии. «Важно взглянуть на эти „живые окаменелости“ из ранней Вселенной. У них есть „отпечатки пальцев“ первых звезд — химические вещества, которые образовались в сверхновых от первых звезд».

Анимация показывает горячий пузырь, созданный смоделированной сверхновой массой 50 солнечных масс в масштабе тысячи световых лет. В центре плотное газовое облако снова образуется в результате гравитационного сжатия. Облако можно увеличить до нескольких астрономических единиц. В самой центральной области плотные скопления — зародыши звезд. Анимация показывает, что взрывы сверхновых могут вызвать образование углеродных звезд. Предоставлено: Чиаки и др.

Моделирование, которое создали ученые, позволяет увидеть, откуда берутся металлы и как первые звезды и их сверхновые на самом деле влияют на эти окаменелости, которые «дожили до наших дней».

Цель этого исследования ученых — выяснить происхождение таких элементов, как углерод, кислород и кальций. Они концентрируются в повторяющихся циклах материи между межзвездной средой и звездами. «Наши тела и наша планета состоят из углерода и кислорода, азота и кальция. Наша работа очень важна, чтобы выяснить происхождение этих элементов, из которых и состоят люди» — заключает автор исследования.

Напомним, Карл Саган, американский астрофизик и экзобиолог, еще в прошлом веке говорил, что фосфор в ДНК человека и железо в его крови происходят от «звездного материала».

Читать также

Годовая миссия в Арктике закончилась, и данные неутешительны. Что ждет человечество?

Посмотрите, как новый Hummer преодолевает препятствия на дороге, двигаясь как краб

На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком

Загрузка...