Как развивались первые звезды в космосе через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва? Ответ на этот вопрос сложнее, чем считалось ранее. Ученые пришли к такому выводу после оценки всех имеющихся данных о ядерных реакциях, которые могут происходить внутри этих звезд. Таким образом, ход ядерного синтеза оказывается более сложным, чем предполагалось в предыдущих моделях, сообщают ученые в журнале «Physical Review C».
«Первое поколение звезд развивалось иначе, чем современные звезды», — объясняют Ричард деБоер из Университета Нотр-Дам в американском штате Индиана. «Причиной этого является различный состав материи, из которой образовались звезды». Это объясняется тем, что сразу после Большого взрыва в космосе были только водород, гелий и немного лития — все более тяжелые элементы возникли только позже в результате ядерного синтеза в звездах, а также в сверхновых, то есть в результате звездных взрывов.
Тем не менее эти более тяжелые элементы играют важную роль в процессах, происходящих в современных звездах, таких как наше Солнце. В частности, углерод, азот и кислород служат, так сказать, посредниками в так называемом цикле CNO — одной из возможных реакций синтеза, в результате которой водород превращается в гелий. «С другой стороны, первые звезды полагались на менее эффективный процесс, цепь протон-протон», — сказал деБоер и его коллеги. Эти первые звезды, вероятно, были массивными, очень светящимися – и недолговечными, потому что уже через несколько миллионов лет они снова потухли.
На самом деле, астрономы находят мало тяжелых элементов в самых старых звездах, существующих до сих пор — непосредственных преемниках первого поколения звезд. До сих пор исследователи объясняли эту находку моделью «слабой сверхновой». Согласно этому, первые звезды после Большого взрыва — как и сегодняшние массивные звезды — превратились в сверхновые. Но эти взрывы были намного слабее и поэтому почти не производили тяжелых элементов. Но астрономы обнаружили среди звезд удивительное исключение: кальций.
Но откуда берется кальций, пока окончательно не установлено. Предполагается, что даже чрезвычайно малые количества углерода, азота и кислорода могли вызвать реакции CNO в первых звездах — хотя и при гораздо более высоких температурах, чем в современных звездах. И при такой термоядерной реакции кальций будет выступать в качестве своего рода отходов. Чтобы проверить эту теорию, Ричард деБоер и его коллеги впервые соединили все данные о возможных ядерных реакциях, собранные за последние семьдесят лет.
Как было показано, существует гораздо больше различных процессов термоядерной реакции от водорода до гелия, которые конкурируют друг с другом, чем считалось до сих пор. В результате кальций не только вырабатывается, но и частично разрушается. Эти результаты изначально снижают вероятность того, что наблюдаемый кальций может быть объяснен циклом CNO у первых звезд. «Это вызывает сомнения относительно преобладающего сценария слабых сверхновых для объяснения содержания элементов в самых старых звездах», — комментируют деБоер и его коллеги. По словам ученых, для получения более точной информации о различных путях реакций необходимо срочно собрать больше экспериментальных данных, особенно при низких энергиях реакции.
Источник:
