Астрономы пока не получили бесспорного наблюдения звезд населения III, самых первых звезд Вселенной. Такие объекты должны были возникать из почти чистого водорода и гелия, без тяжелых элементов, которые появились только после первых взрывов сверхновых. Новая работа Тхэ Бон Чона из Cosmic Frontier Center при Техасском университете в Остине рассматривает, насколько массивными могли быть поздние вспышки звездообразования такого типа и есть ли шанс увидеть их с помощью телескопа James Webb.
Проблема в том, что первые звезды должны были жить очень недолго. При большой массе они быстро сжигали топливо и взрывались, обогащая окружающий газ металлами. Поэтому признаки возможных звезд населения III в сравнительно позднюю эпоху реионизации требуют объяснения: как облако могло так долго оставаться первичным и при этом не начать звездообразование слишком рано.
Модель указывает на роль излучения Лаймана-Вернера. Это мягкий ультрафиолет, который разрушает молекулярный водород H2. В ранней Вселенной H2 был главным охладителем газа. Если его мало, облако темной материи и первичного газа не может быстро остыть и схлопнуться. Коллапс откладывается до стадии атомного охлаждения, когда масса уже значительно больше. В таком случае может возникнуть не одиночная небольшая группа, а мощная вспышка звездообразования из почти нетронутого газа.
В расчетах внешние слои гало долго нагревались ультрафиолетом, а внутренняя область постепенно становилась плотнее и фактически экранировалась. Это создавало условия для позднего катастрофического коллапса. Важная деталь: ультрафиолет от соседних звезд и сверхновых приходит к облаку намного быстрее, чем выброшенные сверхновыми тяжелые элементы. Поэтому излучение может задержать коллапс, но металлосодержащий материал еще не успеет загрязнить газ.
Наблюдательная часть остается сложной. Отличить вспышку звезд населения III от более обычных звезд населения II трудно даже для современных телескопов. По оценке автора, помочь может гравитационное линзирование: массивная галактика или скопление на переднем плане усиливает свет далекого объекта. Такие совпадения редки, но обзоры вроде GLIMPSE специально используют линзы. В оптимистичном сценарии они могут найти до нескольких поздних вспышек населения III.
Если такие объекты будут обнаружены, это даст прямую проверку моделей первых галактик и химического обогащения Вселенной. Пока статья на arXiv описывает не готовое открытие, а физический сценарий и наблюдательную цель для Webb и будущих глубоких обзоров.
