Новое моделирование показывает, что первые сверхновые обогатили раннюю Вселенную огромным количеством воды. Молекулярные облака, образовавшиеся в результате взрывов, должны были содержать в 10-30 раз больше воды, чем те, что наблюдаются сегодня в Млечном Пути. Исследователи предполагают, что в этих облаках было достаточно воды и других элементов, чтобы сделать возможной жизнь всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва.
Вода — одно из самых распространенных соединений во Вселенной. Помимо Земли, ее можно найти на поверхности Марса и под ней, вокруг и на поверхности крупных спутников газовых гигантов, в ледяных оболочках комет, на Луне и так далее. Многие экзопланеты, разбросанные по нашей галактике, также содержат воду, как и межзвездные молекулярные облака.
Принято считать, что вода постепенно накапливалась во Вселенной в результате взаимодействия водорода, самого распространенного элемента, и кислорода, образующегося в сердце звезд и выбрасываемого при взрыве их сверхновых. Поэтому считается, что в ранней Вселенной вода встречалась реже, чем сегодня.
Однако новое исследование Портсмутского университета и Университета Объединенных Арабских Эмиратов свидетельствует об обратном. Вместо того чтобы быть редкой, как предполагалось ранее, вода могла присутствовать в изобилии в ранней Вселенной, в частности, самые ранние сверхновые значительно обогатили окружающую среду водой.
«Помимо того, что мы обнаружили, что важный ингредиент для жизни уже присутствовал во Вселенной между 100 и 200 миллионами лет после Большого взрыва, наше моделирование показывает, что вода, вероятно, была ключевым компонентом первых галактик», — пишут исследователи в своем исследовании, предварительно опубликованном на платформе arXiv.
От 10 до 30 раз больше воды, чем в Млечном Пути
Звездные популяции классифицируются в зависимости от их возраста и доли металлов (металличности). Самые молодые и богатые металлами звездные популяции, такие как Солнце, входят в популяцию I. Те, что старше и содержат меньше металлов, относятся к населению II. Самые старые звезды, сформировавшиеся в самом начале существования Вселенной, относятся к населению III.
Хотя звезды населения III никогда не наблюдались напрямую, наблюдения за их «потомками» позволяют предположить, что они были очень массивными и состояли исключительно из водорода и гелия. Авторы нового исследования предполагают, что после взрыва сверхновой их особые свойства заполнили Вселенную водой.
Для подтверждения своей гипотезы исследователи смоделировали взрывы больших примитивных звезд (в 200 раз больше массы Солнца) и малых примитивных звезд (в 13 раз больше массы Солнца). Первые должны были сформироваться сначала из облаков первородного газа, а вторые — позже, в первых звездных яслях. Обе популяции имели низкую металличность.
В конце своей жизни малые звезды взрывались, превращаясь в типичные сверхновые. Напротив, самые крупные из них взорвались как яркие парно-нестабильные сверхновые. Классические сверхновые возникают либо в результате гравитационного коллапса ядра звезды, либо в результате термоядерной реакции, вызванной чрезмерной потерей ее внешнего слоя (например, из-за находящегося поблизости белого карлика). С другой стороны, парно-нестабильные сверхновые являются результатом процесса аннигиляции между электронами и их античастицами, вызывающего сильные пульсации перед взрывом.
Моделирование показало, что примитивные сверхновые значительно обогатили свое окружение водой. Согласно полученным результатам, молекулярные облака, образовавшиеся из останков звезд, содержали бы в 10-30 раз больше воды, чем те, что присутствуют в нашей галактике сегодня. Поэтому команда считает, что в этих молекулярных облаках было достаточно воды и других элементов, чтобы потенциально способствовать возникновению жизни в первых галактиках, 100-200 миллионов лет назад после Большого взрыва.
«Основными местами производства воды в этих остатках являются плотные ядра молекулярных облаков, которые в некоторых случаях были обогащены первобытной водой при массовых долях, лишь в несколько раз меньших, чем в современной Солнечной системе», — говорят исследователи. «Эти плотные пылевые ядра также являются вероятными кандидатами на формирование протопланетных дисков».
Эти результаты ставят под сомнение общепринятую гипотезу о том, что ранняя Вселенная была бедна водой. Однако у них есть и свои недостатки: они не дают ответа на вопрос о нехватке воды в современной Вселенной. Ведь если в начале Вселенной воды действительно было много, то в современной Вселенной ее должно было накопиться больше.
Однако исследования показывают, что ионизация Вселенной и другие последующие процессы могут разрушать молекулы воды, так что космос мог пройти через период «высыхания». Поэтому вода, присутствующая в современных молекулярных облаках, могла быть получена из звезд I и II популяций. Возможно даже, что часть этой воды все еще поступает от примитивных сверхновых.
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ru
