Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) являє собою монументальний стрибок у нашій здатності спостерігати найдавніші моменти Всесвіту. Успішне розгортання телескопа, запущеного в грудні 2021 року – особливо розгортання його масивного сонцезахисного козирка – ознаменувало початок ери, коли спостереження за першими зірками перестали бути науковою фантастикою і стали досяжною реальністю.
Головоломка ранніх надмасивних чорних дір
Одним із перших сюрпризів JWST стало відкриття надмасивних чорних дір, які існували, коли вік Всесвіту становив лише 3% від його поточного віку. Ці чорні діри, приблизно в мільйон разів масивніші за наше Сонце, представляють велику загадку: як вони утворилися так швидко? Одна теорія припускає, що менші чорні діри, народжені внаслідок вибухової смерті перших зірок (відомих як зірки Популяції III), швидко злилися під дією гравітації, утворивши цих гігантів. Однак часові рамки для цього процесу досить стислі, що викликає питання про механізми, які дозволили тисячам менших чорних дір об’єднатися лише за кілька сотень мільйонів років.
Населення зірок III: Перше світло Всесвіту
Ключ до відповідей на ці запитання містять зірки Населення III. Ці зірки утворилися в первісному Всесвіті, який складався майже виключно з водню та гелію, лише з незначною кількістю інших елементів. Вони були набагато масивнішими за зірки, що народжуються сьогодні, живуть швидко і вмирають молодими у вражаючих наднових. Ці вибухи засіяли Всесвіт важчими елементами — вуглецем, киснем, залізом — необхідними для формування планет і життя.
Проблема в тому, що ніхто ніколи не спостерігав ці зірки безпосередньо. Їхня надзвичайна відстань і розширення Всесвіту ускладнюють виявлення, але JWST пропонує рішення.
Гравітаційне лінзування: космічний мікроскоп
Щоб подолати цю проблему, астрономи використовують явище під назвою гравітаційне лінзування. Масивні об’єкти, такі як скупчення галактик, вигинають сам простір, збільшуючи світло від далеких галактик позаду них. Цей ефект, передбачений Ейнштейном, фактично перетворює Всесвіт на природний телескоп. Наводячи JWST на ці лінзи, ми можемо досягти 10 000-кратного збільшення в певних областях, фактично перетворюючи обсерваторію на космічний мікроскоп. Це дозволяє нам бачити об’єкти, які інакше було б неможливо виявити.
Перші погляди: Ікар і Ерендель
За останні роки астрономи вже бачили деякі з найдавніших зірок. У 2016 році телескоп Hubble виявив Ікар, першу зірку, яку спостерігали за допомогою цього методу, на неймовірній відстані, яка у 200 разів перевищує будь-яку раніше відому зірку. Зовсім недавно, у 2022 році, JWST виявив Еренделл, зірку, яка в п’ять разів дальша за Ікар і з’явилася, коли вік Всесвіту був лише на 7% від його поточного віку.
Ці відкриття свідчать про те, що незабаром ми зможемо безпосередньо спостерігати перше покоління зірок. Однак навіть ці спостереження є знімками в певний момент часу: ми бачимо ці зірки такими, якими вони були мільярди років тому, а не такими, якими вони існують сьогодні.
Темна матерія та пошук невидимих структур
Світло від цих стародавніх зірок відкриває більше, ніж просто інформацію про їхній склад; він також проходить через невидимі структури темної матерії. Темна матерія становить переважну більшість матерії у Всесвіті, але її природа залишається невідомою. Аналізуючи, як спотворюється світло, що проходить через лінзи, астрономи можуть скласти карту розподілу темної матерії та перевірити теорії про її склад. Деякі нещодавні спостереження показують, що темна матерія може утворювати структури з масою, порівнянною з планетами, що спростовує певні моделі темної матерії.
Майбутнє Першого Світла
Полювання на зірок Population III прискорюється. Майбутній Римський космічний телескоп імені Ненсі Грейс досліджуватиме більшу частину неба, відкриваючи тисячі нових гравітаційних лінз. Запланована обсерваторія населених світів (HWO) обіцяє ще більші можливості, потенційно дозволяючи вивчати ці стародавні зірки в безпрецедентних деталях.
Поєднуючи потужність передових телескопів із природними лінзами, ми вступаємо в золоту еру астрономії. Спостереження за першими зірками Всесвіту означає не лише розуміння ранньої космології; це розгадка фундаментальних таємниць темної матерії та походження всього, що ми бачимо сьогодні. Перші зірки динозаврів незабаром будуть підтверджені, і ми вивчимо їх більш детально, відкриваючи таємниці, які були приховані мільярди років.
