Чистый водород и никакой химии. Телескоп «Джеймс Уэбб» впервые увидел звезды, с которых началась Вселенная

Астрономам впервые удалось обнаружить звёздную систему, которая полностью соответствует трём ключевым теоретическим критериям для объектов, содержащих звёзды третьего населения — самых первых светил во Вселенной. Кандидат на такую систему, получивший название LAP1-B, был зафиксирован с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Наблюдение стало возможным благодаря гравитационному усилению света массивным скоплением галактик MACS J0416, которое позволило рассмотреть источник на красном смещении z = 6,6.

Согласно теоретическим моделям, звёзды третьего населения формируются в гало тёмной материи с чрезвычайно низким содержанием тяжёлых элементов, при температурах от 1000 до 10 000 К. Именно такие условия характерны для LAP1-B. Его масса оценивается в 5 × 10⁷ солнечных, что указывает на наличие гало, способного удержать облако газа и инициировать формирование первых звёзд. Измерения спектра и линии Hα, а также соотношения кислорода и водорода, указывают на активное звёздообразование в условиях, типичных для таких примитивных систем.

Модель, применённая командой исследователей во главе с Элием Висбалом, позволила определить, что LAP1-B, скорее всего, содержит несколько тысяч массивных звёзд, образовавшихся не более трёх миллионов лет назад. Излучение этих звёзд ионизирует окружающий газ, создавая характерные линии излучения, по которым и удалось идентифицировать систему. Выбросы кислорода и углерода, обнаруженные в спектре, могли возникнуть либо в результате взрыва сверхновой одной из массивных звёзд, либо из-за звёздного ветра быстро вращающихся светил.

Важным аргументом в пользу идентификации LAP1-B как системы с первыми звёздами является структура звёздного населения. Модели предполагают, что в таких кластерах доминируют тяжёлые звёзды с массами от 10 до 1000 солнечных, что подтверждается анализом спектра. Общая масса звёзд в системе составляет около 1000 солнечных, что согласуется с предсказаниями для скоплений звёзд третьего населения.

Авторы отмечают, что система находится на границе обнаружимости для телескопа JWST. По расчётам, объекты такого типа должны быть наиболее заметны именно на красных смещениях около z = 6,5. На более ранних этапах эволюции Вселенной, несмотря на большее количество подобных звёзд, их меньшая масса и удалённость делают их слишком тусклыми для наблюдений. Это объясняет, почему LAP1-B стал первым подтверждённым кандидатом.

Интересно, что рядом с LAP1-B расположена ещё одна слабая галактика, LAP1-A. По оценкам, она может находиться в том же тёмном гало и быть результатом недавнего слияния. Однако уровень её излучения значительно ниже, возможно, из-за меньшего количества звёзд или более поздней стадии эволюции.

Таким образом, LAP1-B стал первой звёздной системой, соответствующей сразу всем трём критериям: формирование в холодном и бедном металлами гало, наличие массивных звёзд и образование компактного скопления до начала загрязнения металлами.

Наблюдение подтверждает не только теоретические предсказания, но и демонстрирует эффективность стратегий наблюдения, основанных на гравитационном линзировании. В будущем телескопу имени Джеймса Уэбба, вероятно, удастся найти и другие подобные системы, особенно если чувствительность наблюдений будет увеличена.