Ученые Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук (NAOC) впервые обнаружили в Млечном Пути следы самых первых звезд, которые недолго просуществовали в ранней Вселенной и взорвались в виде сверхновых. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Астрономы предполагают, что еще до того, как сформировались первые галактики, во Вселенной существовали короткоживущие звезды первого поколения с массой 140-260 Солнц. Взрываясь как парно-нестабильные сверхновые, они обогатили раннюю межзвездную среду элементами тяжелее водорода и гелия. Однако до сих пор, несмотря на десятилетия усиленных поисков, астрономы не могли найти свидетельств того, что такие звезды существовали в Млечном Пути.
Парно-нестабильные сверхновые — это исключительно яркие сверхновые, предшественниками которых являются очень массивные звезды с низкой металличностью. Такие звезды удерживают внешние слои от коллапса за счет внутреннего давления высокоэнергетического гамма-излучения. Гамма-лучи взаимодействуют с атомными ядрами, производя электрон-позитронные пары, и при возрастании температуры звезды и энергии излучения процесс рождения пар становится лавинообразным. В результате давление гамма-излучения снижается до критического уровня и становится неспособным удерживать звезду от коллапса.
Ученые провели наблюдения за звездой LAMOST J1010+2358, располагающейся в гало Млечного Пути, с помощью телескопа Subaru. Эта звезда была обнаружена в 2015 году и отличается очень низкой металличностью с чрезвычайно малым содержанием α-элементов, то есть таких химических элементов (от гелия до никеля), которые производятся, когда ядра легких элементов в недрах звезд поглощают α-частицы. Ни одна другая звезда не имела такого низкого содержания α-элементов, что делает ее химический состав вероятной сигнатурой, указывающей на существование очень массивных звезд в ранней Вселенной.
Результаты нового исследования, уточнившего содержание α-элементов, показали, что она имеет чрезвычайно низкое содержание атомов натрия и кобальта. Так, содержание натрия по отношению к железу в этой звезде более чем на два порядка ниже, чем у Солнца. LAMOST J1010+2358 также демонстрирует очень большую разницу содержания элементов с нечетным и четным зарядом, таких как натрий и магний или кобальт и никель.
Как пишут авторы, «четно-нечетный» эффект наряду с дефицитом натрия и α-элементов согласуется с предсказанием первичных парно-нестабильных сверхновых, предшественниками которых являются звезды с массой более 140 масс Солнца. Таким образом, LAMOST J1010+2358 является первой обнаруженной звездой, которая возникла из остатков звезд первого поколения.