Самая ранняя сверхновая проливает свет на первые звезды

Астрономы поймали взрыв массивной звезды всего через несколько мгновений после того, как Вселенная вышла из космических темных веков, проливая свет на то, как рождались и как умирали первые звезды.

Когда у звезд заканчивается топливо и они взрываются, они производят вспышку мощного света, называемую сверхновой. Сверхновые могут выглядеть чрезвычайно яркими в нашей локальной Вселенной, но свету звезды, взорвавшейся в ранней Вселенной, может потребоваться миллиарды лет, чтобы достичь Земли, и к этому времени он потускнеет и станет слишком слабым, чтобы его можно было увидеть.

Из-за этого астрономы обычно могут видеть очень далекие сверхновые только в особых случаях, например, сверхновые типа Ic, которые представляют собой звездные ядра, потерявшие внешний газ и производящие исключительно яркий всплеск гамма-лучей. Но более типичные сверхновые типа II, которые являются наиболее распространенными звездными взрывами, которые мы наблюдаем в нашей галактике и происходят, когда у массивной звезды заканчивается топливо, обычно слишком слабы, чтобы их можно было увидеть.

Сейчас, Дэвид Коултер из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, и его коллеги с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба обнаружили сверхновую типа II под названием SN Eos, возникшую в то время, когда Вселенной было всего миллиард лет.

К счастью, звездный взрыв произошел за массивным скоплением галактик, чья мощная гравитация усилила его свет и сделала его в десятки раз ярче, чем он обычно кажется, и поэтому его стало легче изучать в деталях.

Исследователи проанализировали спектр света, исходящего от сверхновой Эос, и сделали ее самой ранней сверхновой, подтвержденной с помощью спектроскопии. Результаты ясно показывают, что это сверхновая типа II, а это значит, что она должна была произойти от массивной звезды.

Это также показывает, что звезда, которая его произвела, содержала очень небольшое количество других элементов, кроме водорода и гелия – менее 10 процентов от количества в нашем Солнце. Именно так, по мнению астрономов, выглядела ранняя Вселенная, потому что у нескольких поколений звезд не было много времени, чтобы сформироваться, умереть и произвести более тяжелые элементы.

«Это сразу говорит нам о том, какое звездное население [the star] взорвался», — говорит Или Скворец в Портсмутском университете, Великобритания. “Звезды большой массы взрываются очень, очень быстро после рождения. С космологической точки зрения, миллион лет или около того – это ничего. Таким образом, они говорят вам о продолжающемся звездообразовании в этой галактике”.

Когда мы видим свет на таких расстояниях, он обычно исходит от небольших галактик, из чего можно сделать вывод о средних свойствах звезд, которые могут находиться в этих галактиках. Но изучение отдельных звезд на таких расстояниях обычно невозможно, говорит он. Мэтт Николл в Королевском университете Белфаста, Великобритания.

«Мы можем увидеть эту отдельную звезду с прекрасными данными на [distance] где мы никогда не видели изолированную сверхновую, и данных достаточно, чтобы увидеть, что звезды отличаются от большинства звезд в локальной вселенной», — говорит он.

По словам Граура, это произошло всего через несколько сотен миллионов лет после периода в истории Вселенной, известного как эпоха реионизации. Именно тогда свет первых звезд начал отрывать электроны от нейтрального газообразного водорода, который блокирует большинство форм излучения, и превращать его в ионизированный водород, который является прозрачным. До этого Вселенная была непрозрачной, поэтому SN Эос по сути является настолько далекой сверхновой, насколько мы могли бы надеяться увидеть.

«Это очень, очень близко к тому периоду реионизации, когда Вселенная вышла из своего короткого темного периода, и фотоны снова могли свободно течь, и мы могли видеть вещи», — говорит Граур.