Що виникло раніше, галактики чи планети? Відповіддю завжди було — галактики, але нові дослідження змінюють цю думку.
Чи справді придатні для життя планети могли сформуватися до появи галактик?
Відразу після Великого Вибуху важких елементів не було. Був лише водень, який становив близько 75% маси, і гелій, який складав 25% решти. (Ймовірно, були також дуже малі кількості літію, навіть берилію.) Не було нічого важчого, тобто не було з чого формувати кам’янисті (землеподібні — Ред.) планети. Через кілька сотень мільйонів років утворилися перші зорі та галактики.
Коли послідовні покоління зір жили та вмирали, вони створювали важчі елементи та поширювали їх у Всесвіт. Лише після цього можуть утворитися кам’янисті планети, а отже, планети, придатні для життя. Це було аксіомою в астрономії.
Однак нові дослідження, результати яких ще не опубліковано, показують: придатні для життя світи могли сформуватися на ранніх стадіях Космічного світанку (Cosmic Dawn), до формування галактик. Назва статті — «Habitable Worlds Formed at Cosmic Dawn», і вона доступна на сайті попередніх публікацій arxiv.org. Перший автор статті Деніел Вейлен (Daniel Whalen) з Інституту космології та гравітації Портсмутського університету (Великобританія).
Дослідження базується на первісних наднових, перших зорях у Всесвіті, які вибухнули. Ці масивні зірки еволюціонували швидко і померли молодими під час катаклізмів. Вони досягли свого піку приблизно на червоному зміщенні 20, коли зорі Населення III, що були дуже масивними, спалахнули внаслідок нестабільності народження електрон-позитронних пар (pair-instability supernovae, ПН-наднова). Моделювання показує, що ці зорі утворилися в гало темної матерії, де температура давала змогу накопичуватися великій кількості молекулярного водню.
За словами Вейлена та його співдослідників, коли ці зорі вибухнули, то утворилися зорі з малою масою. Планетезималі виникли навколо цих зір, що привело до формування потенційно придатних для життя землеподібних планет Все це сталося до того, як утворилися перші галактики. Ці результати ґрунтуються на моделюванні, виконаному дослідницькою групою за допомогою Enzo (це комп’ютерний код, призначений для астрофізичних розрахунків — Ред.).
Історія починається з утворення зорі з приблизно 200 сонячними масами. Вона живе лише приблизно 2,6 мільйона років, перш ніж вибухне як ПН-наднова. Вибух збагачує оболонку наднової до високої металічності (виникає багато важких елементів — Ред.). За 3 мільйони років після цього через гідростатичну нестабільність утворюється щільна хмара масою 35 сонячних мас.
«Усі відомі передумови для формування планети в цій хмарі виконуються: поява пилу, накопичення пилу в мертвій зоні, початок потокової нестабільності та перетворення пилу в планетезималі», — пояснюють автори.
Цей малюнок із статті дослідників показує вибух наднової ПН (a) і формування щільної хмари (b) приблизно через 3 мільйони років, що містить 35 сонячних мас. Авторські права на зображення: Whalen et al. 2025 рік.
Ось чим це дослідження відрізняється від попередніх. Оскільки наднова ПН вибухає та створює газ із високим вмістом металу, газ охолоджується швидше. Це уможливлює швидке формування наступної зорі, а отже, планетезималей та планети.
Продовження історії. Згодом утворилася протозоря з масою 0,3 сонячної. Потім на відстані між 0,46 і 1,66 астрономічних одиниць від своєї зорі утворилися планетезималі. Для життя потрібна вода, і комп’ютерні моделі дослідників також показали, що молода планетна система містила приблизно таку ж кількість води, як і Сонячна система.
Цей рисунок із статті науковців показує протопланетний диск. Розподіл газу, пилу та планетезималей показано через 39 тисяч років після утворення протозорі на (a) — (c) відповідно, де b і c показують центральну частину диска протяжністю 4 астрономічні одиниці. Зелені пунктирні кола вказують, де вода може існувати в рідкому стані. Авторські права на зображення: Whalen et al. 2025 рік.
Планетезималі виникли в диску навколо зорі малої маси, і з часом вони об’єдналися, утворивши планети. Оскільки первісні наднові створювали такі елементи, як вуглець, кисень і залізо, всі потрібні інгредієнти, ймовірно, були присутні для формування кам’янистих планет і навіть життя.
Цікаво те, що це могло статися до того, як утворилися перші галактики. Якщо це правда, це змінило б наше розуміння Всесвіту та життя. Однак це лише комп’ютерне моделювання. Які спостереження можуть це підтвердити?
«Ці планети можуть бути виявлені як вимерлі світи навколо стародавніх, бідних на метал зірок у Галактиці під час майбутніх досліджень екзопланет», — пишуть Вейлен та його колеги-дослідники у своїй статті.
На думку авторів, якби умови були відповідними, кам’янисті планети могли б утворитися навіть раніше, ніж показує моделювання. Якщо це правда, то це змінює весь хід подій в еволюції Всесвіту.
Проте це лише одне дослідження. І такий сценарій залежить від первісних наднових. Чи існували вони взагалі? Є принаймні деякі докази того, що вони були.
Очевидно, що спроба спостерігати первісні наднові дуже складна. Вони трапилися так давно, що надзвичайно далекі та слабкі. З сучасними технологіями це, ймовірно, неможливо.
Крім того, існує багато невизначеності щодо зір Населення III, які були попередниками первісних наднових. Їхні точні маси, тривалість життя та механізми вибуху невідомі. Астрономи не мають чіткого розуміння надзвичайних умов раннього Всесвіту. Ці знання ще належить здобути, як і поглибити наше розуміння наднових. У сукупності це становить ще багато невизначеності.
На малюнку художника показано деякі з перших зір Всесвіту. Їх називають зорями Населення ІІІ, вони утворилися через кілька сотень мільйонів років після Великого Вибуху. Авторські права на зображення: наукова група NASA/WMAP. Фото з сайту www.universetoday.com.
Однак всі ці виклики не означають, що первісних наднових не існувало. Тож астрономи не можуть не брати їх до уваги, а також не можуть випускати з уваги дуже ранні придатні для життя планети.
Нині немає способу довести чи спростувати це дослідження. Однак воно відкриває інший напрям мислення та нові можливості.
За інф. з сайту www.universetoday.com
