Древние массивные звёзды обогащали шаровые скопления и рождали чёрные дыры 💥

Художественная реконструкция шарового скопления вскоре после его рождения (слева) — в нём присутствуют чрезвычайно массивные звёзды с мощными звёздными ветрами, обогащающими скопление элементами, образованными при экстремально высоких температурах.

Справа — древнее шаровое скопление в том виде, в каком мы наблюдаем его сегодня: уцелевшие звёзды малой массы сохраняют следы ветров тех чрезвычайно массивных звёзд, которые впоследствии коллапсировали в чёрные дыры промежуточной массы.

Credit: Fabian Bodensteiner; фон — изображение шарового скопления Омега Центавра в Млечном Пути, полученное камерой WFI в обсерватории ESO Ла-Силья.

Carolyn Collins Petersen, Universe Today, 19 февраля 2026 года

Ранняя Вселенная и чрезвычайно массивные звёзды

Ранняя Вселенная была крайне динамичной средой. По мере расширения молодого космоса формировались первые массивные звёзды и протогалактики. Оказывается, эти чрезвычайно массивные звёзды также инициировали химические изменения в первых шаровых скоплениях. Более того, многие из этих гигантов в конечном итоге завершили жизнь, коллапсировав в чёрные дыры.

Группа под руководством исследователя Университета Барселоны Марка Гелеса стремилась понять роль этих короткоживущих звёзд-гигантов в формировании и эволюции древнейших известных звёздных скоплений. Учёные разработали модель, объясняющую, как звёзды массой более тысячи солнечных влияли на эволюцию скоплений в ранней Вселенной. Их модель — так называемая «инерционная модель потоков» — описывает формирование звёзд в результате сходящихся потоков вещества, возникающих из-за сверхзвуковой турбулентности в газовой среде. С её помощью удалось объяснить необычные химические составы ранних скоплений.

Схематическое представление формирования шарового скопления. Турбулентность, вызванная взрывами сверхновых, приводит к интенсивным движениям газа внутри скопления. Это способствует образованию чрезвычайно массивных звёзд, которые выбрасывают обогащённые вещества звёздными ветрами в исходную водородную среду. Одновременно формируются и звёзды малой массы.

Credit: Gieles и соавт.

Кратко о шаровых скоплениях

Шаровые скопления — это плотные сферические группы из тысяч или миллионов звёзд, сосредоточенных в сравнительно небольших объёмах пространства. Они имеются у большинства галактик. Возраст их звёзд показывает, что такие системы сформировались вскоре после Большого взрыва; некоторые даже предшествуют формированию связанных с ними галактик. В Млечном Пути шаровые скопления окружают центральную область. Предполагается, что их может быть более 200, хотя на данный момент известно не менее 150. Возраст нашей галактики оценивается примерно в 13,6 миллиарда лет, и звёзды в шаровых скоплениях относятся к числу самых древних.

Изображение, полученное космическим телескопом Hubble, шарового скопления Djorgovski 1 с низким содержанием тяжёлых элементов. Оно расположено близко к центру Млечного Пути, и по химическому составу его звёзд можно заключить, что формирование скопления произошло на крайне раннем этапе истории нашей Галактики.

Credit: ESA/Hubble & NASA.

Такие скопления существуют и в других галактиках, и астрономы наблюдали их формирование в результате взаимодействий между галактиками. Обычно это происходит, когда гравитационные воздействия вызывают ударные волны в облаках газа и пыли. Эти процессы запускают образование плотных звёздных популяций. Большинство таких скоплений содержит древние звёзды с низким содержанием тяжёлых элементов, что указывает на их формирование на ранних этапах истории Вселенной, когда водород был единственным или основным строительным материалом для звёзд.

Химическая эволюция ранних скоплений

В исследовании рассматривались древние скопления с чрезвычайно массивными звёздами. Химически они должны были быть сходны с другими шаровыми скоплениями, однако демонстрируют необычные сигнатуры: повышенные содержания гелия, азота, кислорода, натрия, магния и алюминия. Эти элементы относятся к «тяжёлым», то есть имеют атомный номер выше, чем у водорода.

M92 — одно из древнейших шаровых скоплений Млечного Пути. Его звёзды в основном богаты водородом и гелием, и, вероятно, оно сформировалось вскоре после Большого взрыва.

Источник: ESA/Hubble & NASA, Gilles Chapdelaine.

Первые звёзды сформировались из первичного водорода, и ранняя Вселенная состояла в основном из водорода. Элементы тяжелее водорода синтезируются внутри звёзд, а значит, ранние массивные звёзды не могли быть «обогащены» ими до тех пор, пока часть звёзд не начала завершать эволюцию и обогащать межзвёздную среду продуктами ядерного синтеза. Следовательно, предполагается, что происходили некие процессы, которые обогатили среду скоплений тяжёлыми элементами — именно поэтому Гелес и его коллеги разработали свою модель. «Наша модель показывает, что всего несколько чрезвычайно массивных звёзд могут оставить долговременный химический след во всём скоплении», — отметил Гелес. «Она наконец связывает физику формирования шаровых скоплений с теми химическими сигнатурами, которые мы наблюдаем сегодня».

По сути, модель демонстрирует, что в очень массивных звёздных скоплениях ранней эпохи области турбулентного газа порождали чрезвычайно массивные звёзды. Большинство из них имели массу не менее тысячи солнечных, а некоторые достигали 10 000 солнечных масс. Эти звёзды, как и любые другие, синтезировали элементы в своих недрах посредством термоядерных реакций. Благодаря своей огромной массе они создавали чрезвычайно мощные звёздные ветры, обогащавшие окружающую среду скопления так называемыми продуктами высокотемпературного горения водорода. Эти вещества смешивались с преобладающими водородными облаками, и впоследствии из них формировались новые поколения звёзд с отчётливо иным химическим составом.

Значение для Млечного Пути и других галактик

Исследование соединяет физику звездообразования, эволюцию скоплений и химическое обогащение в ранней Вселенной в единую картину. Оно предполагает, что чрезвычайно массивные звёзды играли ключевую роль в формировании первых галактик, одновременно обогащая шаровые скопления и создавая первые чёрные дыры промежуточной массы.

Предсказания модели помогают объяснить особенности шаровых скоплений Млечного Пути, а также недавние наблюдения космического телескопа James Webb, выявившего в далёкой Вселенной галактики с повышенным содержанием азота. Предполагается, что и там существовали скопления, богатые чрезвычайно массивными звёздами.

«Чрезвычайно массивные звёзды, возможно, сыграли ключевую роль в формировании первых галактик», — отметил Паоло Падоан (Dartmouth College и ICCUB-IEEC). — «Их светимость и химическая продукция естественным образом объясняют протогалактики с повышенным содержанием азота, которые мы сегодня наблюдаем в ранней Вселенной с помощью телескопа James Webb».

Многие такие звёзды завершили эволюцию взрывами сверхновых, дополнительно обогащая окружающую среду. Вероятно, они образовали первые чёрные дыры промежуточной массы с массами свыше 100 солнечных. При их возможных столкновениях современные гравитационно-волновые обсерватории могли бы зарегистрировать соответствующие сигналы, исходящие из ранней Вселенной.

📖. https://doi.org/10.1093/mnras/staf1314

💥

----

Древние, самые первые звезды во Вселенной, взрывались, становились черными дырами, разбрасывали в окрестностях миллионы тонн разных элементов тяжелее водорода и гелия... создавали могучие потоки вещества внутри шаровых скоплений, которые сталкивались, клубились, играли.. и так миллионы лет, пока гравитация потихоньку сгребала их туда, где масса больше всего, и начинала процесс формирования звёзд буквально из ничего - из среды, более разреженной, чем лучший лабораторный вакуум.

Мда, материя во Вселенной сама по себе полна еще загадок, и ученым будущего, несомненно, найдется, чем заняться и в следующих веках

🍮