Свет первых звезд

Наблюдения за так называемым внегалактическим фоновым излучением помогли российским астрофизикам выяснить, как долго живут самые крупные "звездные ясли" в пределах Млечного Пути. Их выводы были представлены в журнале MNRAS.

"Мы давно знаем, что  основная доля ультрафиолетового излучения производится звездами, а инфракрасное излучение и молодые звезды рождаются в гигантских молекулярных облаках из частичек пыли. Тем не менее,  оставалось неясно, какие параметры эволюции звезд и облаков существенны для фонового изучения, а какие – нет", — объясняет Григорий Рубцов из Института ядерных исследований РАН в Москве, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Внегалактическое фоновое излучение (extragalactic background light — EBL) — это оставшееся со времен эпохи формирования первых звезд ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. В отличие от космического микроволнового фона, оставшегося после Большого взрыва, этот вид электромагнитных волн обнаружить чрезвычайно трудно — его "забивает" мощное излучение современных звезд и галактик.

Однако "увидеть" внегалактическое излучение очень важно для астрономов, поскольку это позволит заглянуть в древнейшую историю Вселенной.

Ученые полагают, что фоновое излучение возникло в эпоху от 300 тысяч до миллиарда лет после Большого взрыва, во время так называемой "эпохи реионизации". В это время Вселенная еще раз стала прозрачной благодаря тому, что ее нейтральные атомы Вселенной превратились в ионы под действием света первых звезд.

Рубцов и его коллега Александр Корочкин приблизились к раскрытию тайн первых звезд Вселенной, пытаясь понять, как современные  гигантские молекулярные облака, крупнейшие "звездные ясли" Млечного Пути и других галактик, могут вносить помехи в внегалактическое фоновое излучение.

Российские астрофизики обратили внимание на то, что "эхо" света первых звезд будет немного, но отличаться по своему устройству и спектру от того свечения, которое вырабатывают крупнейшие облака пыли и газа в Млечном Пути и в других галактиках. В частности, последние будут вырабатывать большую часть света в инфракрасном диапазоне, тогда как внегалактическое фоновое излучение будет больше выражено в ультрафиолетовой и видимой части спектра.

Соответственно, зная массу этих облаков и скорость образования звезд, можно точно вычислить силу EBL, и наоборот – зная примерную силу свечения первых звезд Вселенной, можно узнать то, как устроены и как работают крупнейшие "звездные ясли" Галактики и ее соседей. Проблема заключается в том, что ни тот, ни другой параметр пока невозможно точно вычислить.

Корочкин и Рубцов приблизились к решению этой проблемы, создав компьютерную модель Млечного Пути, которая учитывает различия в характере свечения гигантских молекулярных облаков и первых звезд Вселенной. Случайно меняя их свойства, ученые пытались сделать виртуальную копию нашей Галактики наиболее похожей на то, как она выглядит на самом деле, что позволило им раскрыть некоторые черты ее крупнейших звездных "роддомов".

Как оказалось, типичное гигантское молекулярное облако живет около 6 миллионов лет и имеет радиус около 20 световых лет. Это заметно меньше размеров крупнейших "звездных яслей" окрестной Вселенной — облаков Ориона в Млечном Пути и туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке, чья длина составляет сотни световых лет.

Подобные облака, как показывают расчеты ученых, начали появляться во Вселенной не позже, чем через 1,5 миллиарда лет после Большого Взрыва, что соответствует общепринятым теориям об эволюции галактик. В противном случае, как заключает Корочкин, мироздание просто не успело бы накопить нужное количество звезд для того, чтобы все галактики выглядели сегодня так, какими мы их видим на ночном небе.