Звёзды населения III¶

Звёзды населения III — гипотетический класс звёзд, сформировавшихся из первичного газа, который практически не содержал элементов тяжелее гелия. В астрофизике такие объекты обозначают также как звёзды Population III (Pop III). Их существование следует из модели горячего Большого взрыва, согласно которой первичная материя состояла почти исключительно из водорода, гелия и следовых количеств лития. Тяжёлые элементы (в астрономии их называют «металлами») появились позже — в результате термоядерных реакций внутри звёзд и взрывов сверхновых. Поэтому самые первые светила Вселенной должны были быть химически «чистыми».

¶Происхождение концепции

Термин введён в рамках трёхкомпонентной схемы населения звёзд, предложенной Вальтером Бааде в 1944 году. Население I — молодые звёзды с высоким содержанием металлов, население II — более старые и бедные металлами светила гало и шаровых скоплений. Население III логически дополнило эту последовательность как самое раннее поколение. Прямых наблюдений таких звёзд пока нет: они существовали в эпоху, отстоящую от нас на миллиарды лет, и к настоящему времени практически все завершили эволюцию.

¶Физические свойства

Согласно теоретическим расчётам, ключевые особенности звёзд населения III определялись отсутствием металлов:

• Большие массы. Без металлов газ охлаждается менее эффективно, поэтому фрагментация облака затруднена и образуются массивные объекты — по разным оценкам, от десятков до нескольких сотен масс Солнца.
• Высокая светимость и температура. Массивные звёзды имеют эффективную температуру поверхности порядка 50 000–100 000 К и излучают преимущественно в ультрафиолете.
• Короткая жизнь. Время жизни таких звёзд составляет всего несколько миллионов лет — ничтожно мало по космическим меркам.
• Отсутствие металлических линий в спектрах, что затрудняет их идентификацию.

¶Роль в эволюции Вселенной

Звёзды населения III считаются главными «производителями» первых тяжёлых элементов. В их недрах шёл синтез гелия, углерода, кислорода и более тяжёлых ядер, которые затем рассеивались взрывами сверхновых. Это обогащение межзвёздной среды сделало возможным формирование звёзд населения II, а затем и I. Кроме того, мощное ультрафиолетовое излучение первых звёзд участвовало в реионизации Вселенной — процессе, изменившем состояние межгалактического водорода в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.

¶Поиск и косвенные свидетельства

Обнаружить звёзды населения III напрямую крайне сложно, поэтому используются косвенные методы:

Отдельный интерес представляют так называемые звёзды с экстремально низким содержанием металлов, которые могли сохраниться до наших дней. Они не являются населением III в строгом смысле, но несут информацию о продуктах первых сверхновых.

¶Открытые вопросы

Среди нерешённых проблем — точный диапазон масс первых звёзд, их влияние на раннюю реионизацию, а также возможность существования долгоживущих маломассивных звёзд населения III, которые теоретически могли бы дожить до современности. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» ведёт наблюдения далёких галактик, что позволяет проверять модели формирования первых светил.