Звезды эти стали появляться довольно скоро после большого взрыва и были, насколько мы знаем, чрезвычайно массивными и крупными, минимум в восемь раз больше нашего Солнца. Они, по заветам рок-н-ролла, «жили быстро и умирали молодыми», редко дотягивая даже до 30 млн лет (тогда как даже возраст Земли исчисляется миллиардами). Однако именно термоядерные реакции их недр впервые стали наполнять Вселенную тяжелыми элементами.
Звездные вертушки: Волчки
Первые звезды Вселенной вращались невероятно быстро – поверхность их двигалась со скоростью, близкой к 2 млн км/ч.
Исследованию таких звезд и была посвящена недавняя работа немецких астрономов, которые, используя телескопы обсерватории ESO, вели наблюдение весьма древнего звездного скопления NGC 6522, возраст которого оценивается приблизительно в 12 млрд лет (напомним, что сам Большой Взрыв сегодня относят ко времени 13,7 млрд лет назад). В нашей галактике это самое старое скопление и хотя оно образовалось уже после эпохи первых звезд, оно наверняка несет в себе некоторые следы того времени. Наблюдения подтвердили это, принеся сюрприз: оказалось, что древние звезды NGC 6522 имеют аномально высокое содержание таких редких и тяжелых элементов, как стронций и иттрий.
По мнению авторов работы, эта аномалия может объясняться очень быстрым вращением первых звезд, прямых предшественниц звезд скопления NGC 6522. По их расчетам, вращение это настолько быстро, что поверхность звезды может двигаться со скоростью 1,8 млн км/ч. Для сравнения: при вращении Солнца его поверхность набирает всего-то 7,2 тыс. км/ч, а у типичной для Млечного Пути звезды — около 360 тыс. км/ч.
Такое сверхбыстрое вращение должно приводить к перемешиванию внешних и внутренних газовых слоев звезды, чего обычно не происходит. А перемешивание может запускать каскад ядерных реакций, приводящий к появлению нестабильных ядер неона, которые распадаются с выбросом свободных нейтронов. В свою очередь, эти нейтроны, сливаясь с железом и другими тяжелыми элементами, приводят к появлению стронция и иттрия. И уже после гибели первых звезд эти элементы стали материалом для формирования звезд следующего поколения.
Получается, что просто быстрое вращение первых звезд во многом определило облик современной Вселенной и стало насыщать ее тяжелыми элементами уже на ранних этапах существования. Оно же, видимо, сделало раннюю Вселенную местом крайне неприятным, приводя к гибели звезд, сопровождающееся частыми и мощными взрывами гамма-всплесков (о том, сколь колоссальны бывают эти всплески, читайте в заметке «Гамма-королева»).
Само вращение, активизируя термоядерные процессы в звезде, делает ее более яркой, чем ее медленнее вращающиеся сестры. Этот факт интересен тем, что он может объяснять механизм процесса реионизации водорода, протекавшего в годы, когда Вселенной было от 400 до 900 млн лет. Особенно интенсивный поток фотонов мог интенсивно разбивать атомы водорода на протон и электрон.
Есть и еще один момент: быстрое вращение и быстрые реакции приводили к быстрой потере ранними звездами массы. Это может объяснять тот факт, что, несмотря на все ожидания, следов первых массивных звезд мы так до сих пор и не обнаружили.
По пресс-релизу AIP