У астрономов нет особых проблем с поиском звёзд. Ведь небо просто полно ими. Куда бы Вы ни посмотрели в безоблачном ночном небе – Вы увидите звезды. Они бывают самые разные. Но есть один очень специфический тип звёзд, который ещё не был обнаружен телескопами. Это – самые первые звёзды Вселенной.
Звезды не существуют вечно. Они рождаются, живут и умирают. Как и наше Солнце, которое образовалось 4,6 миллиарда лет назад. Оно не было первой звездой во Вселенной. Поскольку последней уже 13,8 миллиарда лет.
Поэтому очевидно, что в космосе есть звезды и постарше нашей звезды. И среди них есть самые первые. Те, которые впервые осветили мрак бесконечности своим ослепительный светом.
Звёздные населения
В астрономии звезды делятся на группы, называемые «население». Наше Солнце принадлежит к населению I. Звёзды, которые относятся к нему, образовались несколько миллиардов лет назад. И в настоящее время находятся в самом расцвете своей эволюции. Звезды, которые существуют уже около 10 миллиардов лет, сформировавшиеся значительно раньше Солнца, относятся к населению II. Они все ещё существуют во Вселенной. И астрономы наблюдают в космосе невообразимое количество подобных объектов. Чаще всего их можно найти во внешних областях галактик. Но, несмотря на свой преклонный возраст, эти объекты тоже не первые звёзды Вселенной.
Учёные знают об этом из-за их так называемой «металличности». В астрономии «металлами» считается все, что не является водородом или гелием. Конечно же всем известно, что это химически неверно. Но в данном случае учёным проще отделить таким образом все элементы, которые возникли во Вселенной после Большого Взрыва от тех, что появились уже в результате работы звёзд.
Звёзды, подобные Солнцу, как и все остальные звёзды, почти полностью состоят из водорода и гелия. Но не совсем. Уже при рождении в них присутствует некоторое количество металлов. Они входят в состав больших газовых облаков, из которых и образовываются эти объекты.
Так откуда же они берутся, эти металлы? Их производят другие звёзды, которые в течение своей жизни производили эти элементы в своих недрах в результате процессов термоядерного синтеза. А затем, в конце своей жизни, они разбросали накопленное добро по космосу в результате сильных взрывов.
Более старые звёзды популяции II тоже содержат металлы. Их меньше, чем у звёзд населения I. Но все же их так много, что можно сделать однозначный вывод, что эти звёзды получили свои металлы от других звёзд, которые существовали до них.
Первые звёзды Вселенной
Итак, постепенно мы пришли к той теме, о которой хотели сегодня поговорить – самые первые звёзды. Их отличительная черта, как мы уже выяснили, такова – они не содержат металлов. И состоят только из водорода и гелия. Это звёзды населения III. Именно они – самые первые звезды во Вселенной.
Астрономы знают, что они когда-то существовали. Потому что откуда-то должны были появиться все химические элементы, которые не являются ни водородом, ни гелием. Это могло произойти только в результате процесса термоядерного синтеза, происходящего внутри звёзд. И если после Большого взрыва в космосе присутствовали только водород и гелий, то, следовательно, самые первые звезды должны были состоять исключительно из водорода и гелия. А вот уже внутри себя они произвели первые новые химические элементы. И обогатили ими космос после окончания своей жизни.
У науки нет сомнений в существовании когда-то звёзд, относящихся к населению III. Но найти их чрезвычайно сложно. Несмотря на то, что астрономы предполагают, что эти самые первые звезды были чрезвычайно массивными!
Живи быстро, умри молодым
Сегодня теоретический верхний предел массы звезды составляет примерно 150 масс Солнца. Но это не фиксированный предел. Наука пока не совсем точно знает, насколько большой может быть звезда. Это зависит от множества условий. Но когда Вселенная только начала создавать первые звезды, этот предел, возможно, составлял несколько сотен солнечных масс. Возможно, даже, первые звёзды имели до 1000 масс Солнца. И именно из-за того, что состояли они исключительно из водорода и гелия.
Казалось бы – это должно упростить поиск. В конце концов, массивную звезду ведь легче найти, чем крошечную карликовую звезду, верно? Да. Но чем больше масса звезды, тем выше температура в ей недрах. И тем интенсивнее в её ядре происходит термоядерный синтез.
Именно поэтому массивная звезда расходует своё топливо значительно быстрее, чем маленькая.
Продолжительность жизни нашего относительно маленького Солнца составляет от 10 до 12 миллиардов лет. Огромная звезда населения III «сгорела» бы гораздо быстрее – за 1, максимум 2 миллиона лет. Это означает, что ни одна из первых огромных звёзд до наших дней, безусловно, не дожила.
И поэтому, сев на краешек табуретки с ситцевым платочком для удаления текущих по щекам слёз, можно прийти к мысли, что поиски первых звёзд Вселенной совершенно безнадёжное занятие. Ведь как можно найти то, чего не существует уже более 13 миллиардов лет?
Свет погасших звёзд
Но всё не так плохо, друзья мои. Поскольку именно здесь в игру вступают огромные расстояния во Вселенной. Когда мы наблюдаем свет, который шёл к нам очень, очень долго, мы как бы смотрим в прошлое. Галактика, свет которой дошёл до нас за 13 миллиардов лет, предстаёт нам такой, какой она выглядела 13 миллиардов лет назад. Когда сама Вселенная была почти младенцем.
Наши телескопы могут видеть такие старые (или молодые, в зависимости от того, как на это смотреть) галактики. Они начали излучать свой свет в космос всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Но свет «растягивается». По мере того, как он перемещался по пространству, последнее становилось все больше и больше. Вот почему часть этого света все ещё находится в движении и сегодня. Он имеет очень большую длину волны. Но у астрономов всё же есть шанс обнаружить его. Если говорить очень упрощённо – в том случае, если у них появятся приборы, имеющие соответствующее разрешение и чувствительность. Однако пока у них таких приборов нет. И вряд ли в ближайшее время они появятся.
Обнаружить свет самых первых звёзд довольно сложно. Но, в принципе, ничего невозможного нет. Учёные уже наблюдали звезды, которые чрезвычайно стары. И содержат чрезвычайно мало металлов. Но пока не обнаружилось ни одной, которая действительно была бы почти такой же древней, как сама Вселенная…