Первенцы Вселенной
Ученые нашли в глубинах Вселенной газовые облака, оставшиеся от взрывов первых звезд, совсем не похожих на современные. В этом открытии им помог Очень большой телескоп (Very Large Telescope, или VLT) — крупнейший телескоп в мире. Открытие сделала научная группа во главе с Себастьяном Лопесом из Чили. Научная работа опубликована в Astrophysical Journal.
Когда во Вселенной рассвело
Часто говорят, что история Вселенной началась с Большого взрыва 13,7 млрд лет назад. Правильнее сказать, что с этого события началась Вселенная, какой мы ее знаем. До того были какие-то частицы и поля, но не было даже атомов, не говоря о звездах и галактиках.
Сразу после Большого взрыва температура была слишком высока для существования атомных ядер. Но пространство быстро расширялось, энергия распределялась по все большему объему, и вещество остывало. Уже в первую секунду возникли протоны и нейтроны. В течение нескольких минут они объединялись в атомные ядра в первых во Вселенной термоядерных реакциях. Потом температура упала, и реакции прекратились. Новорожденный мир был монотонным и скучным. Пространство почти равномерно заполнилось газом, столь разреженным, что по земным меркам это был просто вакуум. Этот газ был смесью водорода и гелия с ничтожной примесью лития, бериллия и бора, которую можно не брать в расчет. Только эти простейшие элементы образовались в первичных термоядерных реакциях.
Но за дело тут же взялся неутомимый скульптор — гравитация. Распределение вещества было все-таки не совсем равномерным, встречались случайные сгущения и разрежения. Там, где материи было чуть-чуть больше, и тяготение было сильнее. В эту точку притягивались новые массы вещества. От этого гравитация усиливалась и круг замыкался. Исходное крошечное уплотнение росло как снежный ком.
Так первичный газ собрался в огромные облака, позже ставшие галактиками и скоплениями галактик. Они тоже не были однородными: гравитация собирала комки внутри комков. В самых плотных и компактных сгустках температура и давление выросли настолько, что начались термоядерные реакции. В этих реакциях водород превращался в гелий, а гелий — в более тяжелые элементы. Эти «реакторы» и были первыми звездами. Момент их возникновения поэтично именуют космическим рассветом.
Когда Вселенная впервые озарилась звездным светом? По некоторым расчетам, уже спустя 250–350 млн лет после Большого взрыва. Во всяком случае, в первый миллиард лет.
Великий круговорот
Светила непрерывно истекают в окружающий космос веществом — звездным ветром. А в конце жизни, когда термоядерные реакции заканчиваются, звезда разрушается. Ее ядро превращается в компактный остаток, а внешние слои рассеиваются в космосе. С небольшими светилами это происходит постепенно, а массивные (от десяти масс Солнца) погибают в катастрофической вспышке сверхновой. Итог один: часть вещества консервируется в остатке (белом карлике, нейтронной звезде или черной дыре), а остальное превращается в межзвездный газ. И, значит, может стать материалом для новых звезд.
Сколько циклов этого круговорота уже успело миновать? Астрономы судят об этом по спектру светил, в котором отражается химический состав их поверхности. Почти всю жизнь звезды термоядерные реакции происходят глубоко в ее недрах. Поэтому поверхность состоит из того же вещества, из которого светило когда-то образовалось.
Все элементы, кроме водорода и гелия, астрономы называют металлами (химика от такого легкомыслия хватил бы удар). Солнце состоит из металлов примерно на 2%. Это означает, что вещество, из которого возникло наше светило, уже дважды проходило термоядерную переработку в недрах звезд. Другими словами, Солнце — звезда третьего поколения. К этому же поколению принадлежит большинство светил Млечного Пути. Но есть в Галактике звезды, чрезвычайно бедные металлами. Некоторые из них беднее Солнца в тысячи и даже миллионы раз! Эти светила — немногие оставшиеся представители второго поколения. Они образовались из материала, побывавшего в звездных термоядерных топках всего один раз. Ну а звезды первого поколения должны состоять только из водорода и гелия — элементов, образовавшихся сразу после Большого взрыва. Так, во всяком случае, гласит теория. Никто никогда не видел «живую» звезду первого поколения, и надежды на такое знакомство практически нет. Чтобы понять, почему это так, поговорим подробнее о превращении скучных комков межзвездного газа в сияющие светила.