Впечатление художника от древнего облака, формирующегося в звезду
Древние реликвии следов Большого взрыва
Кен Кросвелл
Впервые, астрономы обнаружили два далеких облака газа, которые вероятно, явля-ются чистыми реликвиями Большого взрыва. Ни одно из них не содержит никаких обнаружимых элементов, выкованных звездами; наоборот, каждое состоит только из легких элементов, которые возникли в Большом взрыве приблизительно 14 миллиардов лет назад. Кроме того, относительно высокое изобилие дейтерия, замеченное в одном из облаков согласуется с предсказаниями Теории "большого взрыва".
Только после Большого взрыва, ядерные реакции создали три самых легких элемента - водород, гелий, и крошечное количество лития. Звезды затем преобразовали часть этого материала в тяжелые элементы, типа углерода и кислорода, которые рассыпаны в космосе сегодня.
Но никто и никогда еще не видел звезду или газовое облако, сделанное исключительно из этих трех элементов Большого взрыва. Вместо этого все известные звезды и газовые облака содержат, по крайней мере, небольшое количество "металлов",- термин, используемый астрономами, чтобы обозначить любой элемент, даже углерод и кислород, который более тяжелый, чем гелий.
Минуты после Большого взрыва
Теперь, Микеле Фумаголли (Michele Fumagalli) и Ксавьер Прочаска (Xavier Prochaska) из Университета в Калифорнии, Санта-Круз и Колледжа Джона О'меры Святого Майкла в Штате Вермонт, нашли два древних газовых облака. "Их химический состав необычен," говорит Микеле Фумаголли. "Этот газ имеет исконный состав, как тот, что был произведен в течение первых нескольких минут после Большого взрыва."
Одно газовое облако расположено в созвездии Льва, другое в Большой Медведице. Облако в Льве имеет красное смещение - мера его расстояния - 3.10, что означает, что оно в 11.6 миллиардов световых лет от Земли. Облако в Большой Медведице немного дальше,- с красным смещением 3.41 и на расстоянии 11.9 миллиардов световых лет. Мы поэтому видим оба этих облака такими, как они были спустя приблизи-тельно два миллиарда лет после Большого взрыва.
Облака слишком слабы, чтобы наблюдать непосредственно. Микеле Фумаголли и коллеги обнаружили их только потому, что облака оказались лежащими перед еще более отдаленными квазарами, которые являются светящимися галактиками и были давно известны. Атомы в газовых облаках поглощают часть света от квазаров, и длины волн, в которых поглощение происходит, дают важную информацию о составе облаков.
Только водород
Несмотря на использование гигантского телескопа Keck-1 на вершине Маун Кеа на Гавайях, астрономы были не в состоянии найти какой-либо элемент кроме водорода в этих двух облаках. Исследователи также ожидают, что гелий и литий присутствуют, но их техника не чувствительна к этим элементам. Однако, если кислород, углерод или кремний присутствовали бы, они должны были бы легко обнаружены. Из этого исследователи делают вывод, что отношение металл/водород (или металлические свойства) в облаке Льва составляет менее чем 1/6000 из того есть на Солнца, а в облаке Большой Медведицы это же отношение составляет менее чем 1/16000 от металлических свойств Солнца.
Для сравнения, древние звезды в самом примитивном населении Млечного пути – звездное гало - типично имеет значения металлического свойства, составляющих 1/50 для Солнца. Самая бедная металлом известная звезда гало имеет значение металлического свойства 1/22000 от Солнца, которое является верхним пределом для двух газовых облаков.
"Это - очень интересное открытие," говорит Ник Гнедин (Nick Gnedin), астроном из Fermilab в США, который является самостоятельным исследователем в команде. Ник Гнедин говорит, что было очень трудно понять, почему все другие газовые облака - даже те, которые на больших расстояниях - содержат металлы. Эти новооткрытые исключения должны помочь астрономам понять, почему все другие газовые облака содержат металлы, говорит он.
Соглашается с предсказаниями Большого взрыва
В дополнение к обычному водороду, Микеле Фумаголли и коллеги обнаружили изотопа водородного дейтерия в облаке Большой Медведицы. Физики полагают, что Большой взрыв произвел дейтерий, но после звезды разрушили часть его - таким образом вселенная имела больше дейтерия, чем сегодня.
Высокое отношение дейтерий/водород в газе соответствует предсказаниям Большого взрыва. "Факт, что мы видим дейтерий, который является сопоставимым тому, что ожидается из теории, дает нам повод верить, что этот газ является фактически исконным в его составе," говорит Микеле Фумаголли.
"Хорошая связь"
Роб Саймко (Rob Simcoe) из Массачусетского Технологического Института гово-рит, что эти два облака показывают, что были области вселенной, которые оставались свободными от звезд и их извержений в течение приблизительно двух миллиардов лет после Большого взрыва. "Это - хорошая связь между тем что происходило в ранней вселенной, используя эти газовые облака и тем, что происходит в нашем заднем дворе,- в звездном гало Млечного пути, где обнаружены звезды, которые имеют сравнительно низкое химическое изобилие", говорит он.
Каждое газовое облако составляет только приблизительно одну миллионную массы Млечного пути. Роб Саймко подозревает, что каждое из них в конечном счете упадет на галактику и сформирует звезды. Если одна из тех галактик теперь перед астрономами, то они могут глядеть на возникающий Млечный путь и видеть примитивные газовые облака, которые порождали звезды в звездном гало нашей собственной галактики.
О наблюдениях сообщают в
Science.
Об авторе
Кен Кросвелл (Ken Croswell) - американский астроном и писатель, который издал восемь книг, включая
Алхимию Небес.