Pirmoji monstriška žvaigždė? Radome pėdsakus (Video)

Atradimas padeda išspręsti du dešimtmečius kankinusį klausimą: kaip supermasyviosios juodosios skylės galėjo susiformuoti taip greitai ankstyvojoje Visatoje?

Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWST – angl. James Webb Space Telescope) pateikė pirmuosius įtikinamus įrodymus, patvirtinančius „monstriškų žvaigždžių“ – milžiniškų, pirmapradės kartos žvaigždžių, egzistavusių ankstyvojoje Visatoje, vadinamojoje Kosminėje Aušroje – buvimą.

Beveik 20 metų astronomai ieškojo atsakymo į vieną didžiausių kosmologijos paslapčių: kaip supermasyviosios juodosios skylės (SMJS) galėjo tapti tokios masyvios mažiau nei per milijardą metų nuo Didžiojo sprogimo? Įprastos žvaigždės tam tiesiog neturėjo nei laiko, nei pakankamos masės.

Tarptautinė mokslininkų grupė, vadovaujama Harvardo–Smithsonian Astrofizikos centro tyrėjų, pasitelkė galingąjį JWST, kad aptiktų trūkstamą grandį – pirmųjų Visatos žvaigždžių paliktas chemines žymes.

JWST užfiksavo unikalius cheminius „pirštų atspaudus“, kurie visiškai atitinka teorinių monstriškų žvaigždžių modelius. „Mūsų naujausias atradimas padeda išspręsti 20 metų senumo kosminę mįslę. Galaktikoje GS 3073 turime pirmuosius stebėjimais pagrįstus įrodymus, kad tokios žvaigždės egzistavo“, – 2025 m. gruodžio 9 d. teigė dr. Danielis Whalenas iš Portsmuto universiteto Kosmologijos ir gravitacijos instituto.

Trumpas, bet lemtingas žvaigždžių gyvenimas

Ankstyvojoje Visatoje monstriškos žvaigždės degino savo branduolinį kurą neįtikėtinu tempu. Jų gyvenimo trukmė buvo vos apie 250 tūkst. metų – akimirka kosminiais masteliais. Galiausiai jos kolapsavo į masyvias juodąsias skyles, palikdamos specifinius cheminių elementų santykius, kuriuos galima aptikti iki šiol.

Analizuodami galaktikos GS 3073 spektrą, tyrėjai nustatė išskirtinį azoto ir deguonies santykį – 0,46. Nei vienas žinomas žvaigždžių tipas, supernova ar įprastas branduolio sintezės procesas negalėjo sukurti tokio cheminio modelio.

Vienintelis paaiškinimas – žvaigždė, kurios masė siekė 1 000–10 000 Saulės masių.

„Cheminė gausa veikia kaip kosminis pirštų atspaudas. GS 3073 parašas atskleidžia, kad pirmosios žvaigždės galėjo būti supermasyvios, formavusios struktūrą ankstyvosiose galaktikose ir pasėjusios šiandien stebimų supermasyviųjų juodųjų skylių sėklas“, – aiškino dr. Deveshas Nandalas, Šveicarijos nacionalinio mokslo fondo tyrėjas CfA Teorijos ir skaičiavimo institute.

Sėkla iš „pabaisos“: kaip gimė supermasyvios juodosios skylės

Tyrime detaliai aprašomas procesas, kaip monstriškose žvaigždėse generuojamas perteklinis azotas.

Šios žvaigždės degina helį ir gamina anglį. Anglis patenka į vandenilį deginantį sluoksnį, kur įsijungia CNO ciklas, sukuriantis milžiniškus azoto kiekius. Šis procesas tęsiasi milijonus metų, o galiausiai žvaigždė be sprogimo kolapsuoja tiesiai į itin masyvią juodąją skylę.

Skylės, kurių masė siekia tūkstančius Saulės masių, sudarė idealias sąlygas vėliau augti į supermasyvias juodąsias skyles – tokias kaip tos, kurios šiandien stebimos galaktikų centruose.

Įdomu tai, kad GS 3073 galaktikos centre aptikta aktyviai medžiagą ryjanti juodoji skylė, kuri galėjo būti būtent tokios pirmapradės monstriškos žvaigždės palikimas.

Langas į Visatos vaikystę

Monstriškų žvaigždžių egzistavimas ilgą laiką buvo tik teorija, tačiau JWST atradimai verčia ją laikyti realiai patvirtintu reiškiniu. Tai keičia mūsų supratimą apie:

• pirmųjų žvaigždžių kartą;
• galaktikų formavimąsi;
• supermasyviųjų juodųjų skylių kilmę;
• Kosminės Aušros eigą.

Tyrėjai tikisi, kad JWST aptiks daug daugiau galaktikų su tokiu pačiu azoto parašu, o tai leis sukurti nuoseklesnį Visatos formavimosi modelį.

Tyrimas paskelbtas žurnale „Astrophysical Journal Letters“.