Вселенная скрывала гигантов: найдено доказательство существования звёзд в 10 000 раз больше Солнца

Астрономам удалось увидеть химический след, который, возможно, оставили самые массивные звезды в истории Вселенной. Исследуя далёкую галактику GS 3073, свет от которой путешествовал к Земле 12,7 миллиарда лет, учёные нашли там аномально высокую концентрацию азота. Такой химический "всплеск" слишком велик, чтобы его могли произвести обычные звезды или даже самые яркие объекты, известные современной астрономии. Поэтому исследователи выдвинули смелую идею: в этой галактике могли когда-то светить гигантские звезды массой до 10 000 солнечных — объекты, существование которых раньше оставалось чистой теорией.

Почему звезды такой массы — загадка

Долгое время считалось, что у звёзд есть жёсткий предел массы — примерно 120 солнечных. Светила тяжелее этой отметки теряют вещество так быстро, что просто "сдуваются" мощным излучением. Поэтому модели эволюции галактик, включая наш Млечный Путь, строились вокруг идеи умеренных масс.

Но у ранней Вселенной могли быть свои правила. Там, где газ почти не содержал тяжёлых элементов, облака охлаждались хуже и могли собираться в гораздо более массивные фрагменты. Эти условия создавали почву для рождения звёзд населения III — первых светил, возникших всего через 100-400 миллионов лет после Большого взрыва. По расчётам теоретиков, масса таких объектов могла достигать сотен или даже тысяч солнечных масс.

Проблема лишь в том, что их никто никогда не наблюдал напрямую: они слишком давно исчезли, прожив очень короткую жизнь. Всё, что у нас есть, — это поиски их химических следов.

Почему учёные обратили внимание на GS 3073

С появлением "Джеймса Уэбба" ситуация изменилась. Телескоп научился находить древнейшие галактики и изучать их спектры, определяя химический состав газа. Именно так международная группа во главе с Девешем Нандалом заметила аномалию: азота в GS 3073 оказалось слишком много.

Раньше высокое содержание азота объясняли обычными механизмами — взрывами сверхновых или активностью звёзд Вольфа-Райе. Но здесь концентрация была настолько высокой, что в привычные рамки она не поместилась. Для её объяснения нужен источник невероятной мощности.

Что может производить столько азота

Обычные звёзды вырабатывают азот медленно. Даже целое поколение массивных светил не способно за короткое время создать такой избыток. А вот звёзды населения III — особенно сверхмассивные — могли бы. В их ядрах происходили реакции, которые превращали первичный водород и гелий в тяжёлые элементы. Если такие гиганты действительно существовали, даже несколько экземпляров могли изменить химический профиль молодой галактики.

По моделям Нандала, чтобы объяснить наблюдаемое количество азота, нужны звезды массой от 1000 до 10 000 солнечных масс. Всего несколько таких "исполинов" способно обогатить газ GS 3073 до уровня, который зафиксировали "Уэббом".

Сравнение возможных источников азота

Как мог выглядеть процесс образования гигантских звёзд

1. В ранней Вселенной газ состоял почти только из водорода и гелия.

2. Отсутствие тяжёлых элементов замедляло охлаждение облаков.

3. Газовые структуры становились крупными и плотными.

4. Такие массивные сгустки могли напрямую коллапсировать в звезды гигантских размеров.

5. Срок их жизни был коротким, но вклад в химическую эволюцию — огромным.

Что эта находка даёт науке

Главная проблема ранней космологии — как могли появиться сверхмассивные чёрные дыры всего через 500-700 миллионов лет после Большого взрыва. Если семена этих объектов были обычными звёздными остатками, на рост до миллиардов солнечных масс у них просто не хватило бы времени.

Но если существовали звёзды массой в тысячи солнечных масс, всё выглядит логичнее: такие светила могли напрямую коллапсировать в крупные чёрные дыры. Им не нужно было столетиями поглощать вещество и сливаться друг с другом — они сразу получали огромный стартовый вес.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: пытаться объяснить азот в GS 3073 только обычными сверхновыми.
Последствие: слишком низкие оценки продукции азота.
Альтернатива: учитывать вклад редких сверхмассивных Population III.

Ошибка: сравнивать молодые галактики с современными.
Последствие: неверные выводы о химии и эволюции.
Альтернатива: использовать модели ранней Вселенной с низкой металличностью.

Ошибка: игнорировать возможность существования экстремальных объектов.
Последствие: необходимость пересматривать сценарии роста чёрных дыр.
Альтернатива: включить Population III в расчёты формирования галактик.

А что если таких галактик много

GS 3073 может быть не исключением. Если в ранней Вселенной существовали десятки подобных галактик, то химические сигнатуры азота могли быть распространённым "отпечатком" гигантских звёзд. Это означает, что процессы образования галактик были куда более разнообразными, чем считалось, и небесные объекты жили в условиях, которые сложно воспроизвести в современной Вселенной.

Плюсы и минусы гипотезы о сверхмассивных Population III

FAQ

Если звёзды населения III такие огромные, почему мы их не видим?
Потому что они давно погибли — их жизнь длилась всего несколько миллионов лет.

Почему именно азот указывает на существование гигантов?
Потому что его так много мог произвести только объект с экстремальными термоядерными процессами.

Можем ли мы когда-нибудь увидеть Population III напрямую?
Возможно, "Уэбб" и будущие обсерватории смогут зафиксировать их вспышки или выявить их по косвенным спектральным отпечаткам.

Мифы и правда

Миф: первые звёзды были похожи на современные.
Правда: они могли быть намного массивнее.

Миф: чёрные дыры формируются только из обычных звёзд.
Правда: сверхмассивные "семена" могли возникать напрямую.

Миф: ранняя Вселенная была химически бедной.
Правда: отдельные процессы могли стремительно обогащать газ.

Три интересных факта

• Population III — единственные звёзды, созданные из абсолютно первичного вещества.
• Предел массы звезды в 120 солнечных — эмпирическое правило, а не космический закон.
• Азот, обнаруженный в GS 3073, — один из самых древних "подписей" звёздных процессов, известных науке.

Исторический контекст

Идея Population III появилась ещё в 1970-х годах.

Долгое время их существование считалось почти недоказуемым.

После запуска "Джеймса Уэбба" впервые стало возможным изучать химию галактик эпохи ранней Вселенной.