Трябва да говорим за тъмните векове. Не, нетези тъмни векове след падането на Западната Римска империя. И ние трябва да говорим за космическата зора: раждането на първите звезди, бурна епоха, която изцяло преобрази лицето на Космоса в неговата съвременна форма.
Тези първи звезди може би са били напълно различни от всичко, което виждаме в сегашната Вселена. И може да имаме, ако имаме късмет, да ги видим за първи път.
Първо трябва да настроим малко мистерия.
Всички вече знаем как се появяват черните дупки. Гигантска звезда, някъде на север от осем пъти по-голяма от масата на нашето слънце, живее краткия си, но предсказуем живот, като се влива водород в хелий. Тогава му изтича водород и започва да се разпалва с хелий. След това изчерпва хелия и започва да изгаря по-тежки неща, проправяйки се по периодичната таблица, докато удари желязо. Сплавящото желязо изсмуква енергия, вместо да освобождава енергия и така нищо не може да спре ужасния гравитационен срив на звездата. Всичко се изтръгва в малък обем и сега имате черна дупка.
С течение на времето тази черна дупка може да срещне и да консумира други черни дупки или просто да смуче около заобикалящия межзвезден материал, като през цялото това време се увеличава. Имайки достатъчно време и достатъчно храна, черната дупка може да набъбне, за да се превърне в гигант - свръхмасивен гигант. Тези същества дебнат в сърцата на галактиките и лесно насочват везните с огромни милиони пъти повече от масата на нашето слънце.
Новият материал продължава да навлиза - само защото черната дупка е гигантска, не означава, че гладът й е наситен - и тъй като газът попада в зеещата челюст на черната дупка, той се компресира и загрява, свети по-ярко от стойността на галактика звезди. Този обект върви с няколко имена - квазар, блазар, активно галактическо ядро - но всички те означават едно и също нещо: гигантска черна дупка ехранене.
Това е всичко добре и добре и леко ужасяващо, но тук има проблем. Виждаме квазари в много далечната вселена, което означава, че виждаме квазари в саматамлад Вселената, когато тя не е била дори милиард години (да, това е младо за вселената). И процесът, който току-що описах по-горе (образуването на големи звезди, оставянето им да живеят и умират, създаването на черна дупка, оставянето й да се храни с гаргантски размери) отнема много повече от милиард години.
Как нашата Вселена произведе толкова бързо черни дупки?
Ако обичайният маршрут за звезди - черна дупка -> квазар изглежда не работи в ранната Вселена, време е да разгледаме алтернативи. Комбинации. По-бързи пътища за създаване на големите черни дупки, които нашите наблюдения изискват, съществуват. И най-бързият начин да направите супермасивна черна дупка е да започнете със супермасивна звезда.
Колко супермасивни? Какво ще кажете за 100 000 слънчеви маси, достатъчно ли е за вас?
Такива звезди просто не съществуват в днешната вселена. Ако се опитате да натъпчете всичко товаматерия в достатъчно компактен обем, за да го превърнете в звезда, взаимодействията и нестабилностите ще го фрагментират като толкова разпадащо се тесто за бисквитки в ръцете ви, образувайки много нормални звезди, вместо едно чудовище. Ето защо ние смятаме, че звездите над 100 слънчеви маси днес са изключително редки.
Но ерата на Космическата зора беше различно време. От една страна, все още не са съществували тежки елементи - ядрените ковашки не са функционирали достатъчно дълго, за да замърсяват междузвездни водни пътища. Излъчването от тези допълнителни елементи е чудесен начин за охлаждане на газов облак и задействане на разпокъсаността му на по-малки парчета. Второ, младият космос беше залят с високоенергийна ултравиолетова радиация от внезапното раждане на други, по-малки звезди. Това излъчване разделя молекулярния водород, друг ключов път за охлаждане и фрагментиране на гигантски газов облак.
Така че, макар и отново рядко, условията може би са били точно в края на космическата тъмна епоха, за да се образуват гигантски и дори свръхгигантски звезди: достатъчно материал би могъл да се влее в достатъчно малък обем, без да се разделя, раждайки огромна звезда.
Тези гигантски звезди щяха да водят кратки животи и да се сгромолясат директно, за да образуват големи черни дупки, прекъсвайки обичайния маршрут до правенето на квазари.
Това звучи като чудесна идея, но в науката големите идеи трябва да се изправят срещу доказателствата, преди да можем да започнем да вярваме в тях. В този случай би било доста удобно да имате снимка на някоя от тези звездни гарганти преди те се превърнаха в черни дупки и след това в квазари.
Това обаче е трудно, защото епохата, когато тези звезди са живели и умирали, е далеч от нас. И тези звезди, макар и все още гигантски по звездни стандарти, бяха много много малки, което ги прави още по-трудно да се забележат на тези екстремни разстояния.
Но за веднъж може да получим късметлийска почивка. Последните симулации на тези странни звезди разкриват, че те са изненадващо готини, като имат повърхностна температура някъде между 6 000-8000 Келвин, придавайки на повърхностите им интензивен червен блясък. И поради невероятната си обем, те са много ярки, избухнали от светлина с интензивност десет милиарда слънца. Тази комбинация от чиста яркост и дълбоко зачервяване означава, че те са потенциално видими в инфрачервени дължини на вълната за някои предстоящи мисии.
Мисии като космическия телескоп Джеймс Уеб, инструмент, специално създаден за лов на първите звезди. Ако в онези отдавна отминали епохи са съществували свръхестествени звезди и ако някои от тях са имали достатъчно късмет, за да оцелеят в ерата, в която техните братя вече са започнали да се трансформират в чудовищни черни дупки, което ги прави просто по-близо до поглед, има шанс да направим директно направете тяхна снимка.
Каква гледка щеше да е това.
Прочетете още: „За откриването на супермасивни първични звезди“
