Потрібно поговорити про темні століття. Ні, ніті темні століття після падіння західної Римської імперії. І нам потрібно поговорити про космічний світанок: народження перших зірок, бурхливу епоху, яка повністю перетворила обличчя космосу в його сучасний вигляд.
Ці перші зірки, можливо, були абсолютно не схожі на все, що ми бачимо у теперішньому Всесвіті. І ми можемо, якщо нам пощастить, побачити їх вперше.
Спочатку нам потрібно встановити невелику таємницю.
На сьогодні ми всі знаємо, як виникають чорні діри. Гігантська зірка, десь на північ від восьмикратної маси нашого сонця, живе своїм коротким, але передбачуваним життям, зливаючи водень у гелій. Потім у нього закінчується водень і починає плавити гелій. Потім він вичерпується гелієм і починає спалювати важчі речі, пробиваючись до періодичної таблиці, поки не потрапить на залізо. Плавке залізо висмоктує енергію замість того, щоб звільнити енергію, і тому ніщо не може зупинити жахливий гравітаційний крах зірки. Все стискається до крихітного обсягу, і тепер у вас є чорна діра.
З плином часу ця чорна діра може зустрічатися та споживати інші чорні діри, або просто смоктати навколишній міжзоряний матеріал, весь час збільшуючись у чудовості. Враховуючи достатньо часу та достатньої кількості їжі, чорна діра може розбухнути, перетворившись у гіганта - надмасивного гіганта. Ці істоти ховаються в серцях галактик і легко нахиляють ваги в колосальний мільйон разів більше маси нашого Сонця.
Новий матеріал продовжує потрапляти - лише тому, що чорна діра є велетенською, це не означає, що її голод насичується - і тому, що газ потрапляє у зенітну кишку чорної діри, він стискається і нагрівається, світиться яскравіше, ніж стоїть галактика зірок. Цей об'єкт має кілька імен - квазар, блазар, активне галактичне ядро - але всі вони означають одне і те ж: гігантська чорна дірагодування.
Це все добре і добре і трохи жахливо, але ось проблема. Ми бачимо квазари у дуже віддаленому Всесвіті, а це означає, що ми бачимо квазари в самомумолодий Всесвіту, коли йому ще не було мільярда років (так, це все для Всесвіту). І процес, який я щойно описав (формуючи великі зірки, давати їм жити і вмирати, створювати чорну діру, давати їй живитися до гаргантових розмірів), займає набагато довше, ніж мільярд років.
Як наш Всесвіт так швидко створив чорні діри-монстри?
Якщо звичайний зірковий-> чорна діра-> квазарний маршрут, здається, не працює у ранньому Всесвіті, саме час розглянути альтернативи. Ярлики. Швидші шляхи до створення великих чорних дір, яких вимагають наші спостереження. І найшвидший спосіб зробити надмасивну чорну діру - це почати з надмасивної зірки.
Як надмасивно? Як щодо 100 000 сонячних мас, це достатньо для вас?
Таких зірок просто не існує у сучасному Всесвіті. Якщо ви спробуєте все це набитиречі в достатньо компактний об'єм, щоб перетворити його на зірку, взаємодії та нестабільності розчленують його, як стільки розсипається тісто для печива у ваших руках, утворюючи безліч нормальних зірок замість одного монстра. Ось чому ми вважаємо, що зірки понад 100 сонячних мас сьогодні є надзвичайно рідкісними.
Але епоха Космічної зорі була іншим часом. Для одного, важких елементів ще не існувало - ядерні кузні не працювали досить довго, щоб забруднити міжзоряні водні шляхи. Випромінювання від цих зайвих елементів - прекрасний спосіб охолодити газову хмару і викликати її фрагментацію на більш дрібні шматки. По-друге, молодий космос був залитий високоенергетичним ультрафіолетовим випромінюванням від раптового народження інших, менших зірок. Це випромінювання розбиває молекулярний водень - ще один ключовий шлях для охолодження та фрагментації гігантської газової хмари.
Тож, хоча це знову рідко, в кінці космічної темної епохи, можливо, були просто такі умови, щоб утворитися гігантські і навіть надгігантські зірки: достатньо матеріалу могло б витікати в досить невеликий об'єм, не розколюючись, народжуючи величезну зірку.
Ці гігантські зірки вели б короткі життя і згорнулися безпосередньо, щоб утворити великі чорні діри, скорочуючи звичайний шлях до створення квазарів.
Це звучить як чудова ідея, але в науці великим ідеям потрібно протистояти доказам, перш ніж ми зможемо почати вірити в них. У цьому випадку було б досить зручно сфотографувати одну з цих зірок гаргантуа раніше вони перетворилися на чорні діри, а потім у квазари.
Це важко, тому що вік, коли ці зірки жили і помирали, далекий від нас. А ті зірки, хоча ще були гігантськими за зоряними мірками, були дуже маленькими, що ще важче їх помітити на цих екстремальних відстанях.
Але на один раз ми можемо отримати щасливу перерву. Останні симуляції цих дивних зірок показують, що вони дивно круті, мають температуру поверхні десь між 6000-8000 Кельвінами, надаючи їх поверхам інтенсивне червоне сяйво. А завдяки своїй неймовірній об'ємності вони дуже яскраві, розриваючись світлом з інтенсивністю в десять мільярдів сонців. Це поєднання чистої яскравості та глибокого почервоніння означає, що вони потенційно видно в інфрачервоній довжині хвилі для деяких майбутніх місій.
Такі місії, як космічний телескоп Джеймса Вебба, інструмент, спеціально розроблений для полювання на перших зірок. Якщо в ті давно минулі епохи існували надгігантські зірки, і якщо деяким з них пощастило вижити в епоху, коли їхні брати вже почали трансформуватися у чорні діри-монстри, поставивши їх просто ближче до огляду, є шанс, що ми можемо безпосередньо сфотографуйте їх.
Яке видовище це було б.
Детальніше: "Про виявлення надмасивних первинних зірок"
