Телескоп Уэбба нашёл самые убедительные доказательства существования первых звёзд Вселенной

Первые звёзды, вспыхнувшие во Вселенной вскоре после Большого взрыва, десятилетиями оставались исключительно теоретической концепцией. Астрономы могли лишь моделировать их свойства, не имея ни единого прямого наблюдения.

Теперь данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) предоставили, возможно, самое весомое на сегодняшний день подтверждение того, что эти древние светила действительно существовали – и сформировались всего через 400 миллионов лет после рождения Вселенной.

Результаты представлены в двух независимых исследованиях на arXiv. Первое возглавил Роберто Майолино из Кембриджского университета, второе – Элка Руста из Флорентийского университета.

В случае подтверждения открытие даст учёным прямое наблюдательное окно в условия ранней Вселенной и поможет понять, как самое первое поколение звёзд определило всё, что появилось после.

Так называемые звёзды Популяции III (Population III) принципиально отличались от современных. Они формировались из облаков практически чистого водорода и гелия – задолго до того, как более тяжёлые элементы вроде углерода, кислорода и железа были сформированы в недрах звёздных ядер.

По расчётам астрономов, эти светила были чрезвычайно массивными и горячими, сжигая своё топливо всего за несколько миллионов лет – мгновение по космологическим меркам. Завершив жизненный цикл, они взрывались сверхновыми, засеивая межзвёздное пространство тяжёлыми элементами для следующих поколений звёзд.

Ещё в 2024 году команда Майолино обнаружила необычный сигнал в гало GN-z11 – одной из самых ярких известных галактик ранней Вселенной. С помощью NIRSpec-IFU, спектрографа ближнего инфракрасного диапазона на борту JWST, учёные зафиксировали слабую линию излучения от небольшого объекта-спутника, получившего название Геба (Hebe). Объект расположен всего в трёх килопарсеках от родительской галактики.

Линия излучения совпала с сигнатурой дважды ионизированного гелия – процесса, требующего исключительно мощного ультрафиолетового излучения. В сочетании с отсутствием обнаружимых металлов в спектре команда предположила, что именно звёзды Популяции III были наиболее вероятным источником. Однако на тот момент речь шла лишь о предварительной гипотезе.

Теперь, используя возможности инструмента NIRSpec-IFU с более высоким разрешением, группа Майолино подтвердила реальность гелиевого сигнала и разделила его на два отдельных компонента.

Параллельно команда Русты независимо обнаружила линию излучения водорода из того же участка неба, обеспечив вторую точку привязки для идентификации. Ни в одном из двух исследований не было найдено следов тяжёлых элементов в спектрах излучения.

Используя теоретическое моделирование, группа Русты смогла по наблюдаемому соотношению гелия к водороду оценить массу первых звёзд. Анализ указывает на так называемое "тяжёлое" распределение масс – большинство звёзд попадало в диапазон от 10 до 100 солнечных масс.

Такой результат согласуется с теоретическими предсказаниями о том, что первые звёзды были горячими и массивными, формируясь во Вселенной, ещё не обогащённой продуктами звёздного нуклеосинтеза.

До полноценного понимания жизненного цикла этих древних светил потребуется ещё множество наблюдений. Тем не менее два независимых исследования, подтверждающих друг друга, дают на данный момент самые чёткие свидетельства того, что звёзды Популяции III действительно существовали.

Дальнейшее изучение этих данных может приблизить астрономов к пониманию того, как зародились структуры, определившие облик современной Вселенной.