Что появилось первым, галактики или планеты? Ответ всегда был — галактики, но новые исследования меняют эту идею. Могли ли обитаемые планеты действительно образоваться до появления галактик?
Сразу после Большого взрыва не было никаких тяжелых элементов. Был только водород, составлявший около 75% массы, и гелий, составлявший оставшиеся 25%. (Вероятно, также присутствовали следовые количества лития, даже бериллия.) Ничего тяжелее не было, а значит, не из чего было формироваться каменистым планетам. Спустя несколько сотен миллионов лет образовались первые звезды и галактики.
По мере того, как последующие поколения звезд жили и умирали, они создавали более тяжелые элементы и распространяли их по Вселенной. Только после этого могли образоваться каменистые планеты, а следовательно, и обитаемые планеты. Это было аксиомой в астрономии.
Однако новое исследование, которое еще не опубликовано и размещено на arxiv.org, предполагает, что обитаемые миры могли сформироваться на ранних стадиях Cosmic Dawn, до формирования галактик. Ведущий автор — Дэниел Уэйлен из Института космологии и гравитации Портсмутского университета в Великобритании.
Исследование основано на первичных сверхновых, первых взорвавшихся звездах во Вселенной. Эти массивные звезды жили быстро и умирали молодыми в катастрофических взрывах. Они достигли пика примерно при красном смещении 20, когда звезды популяции III, которые были чрезвычайно массивными, взорвались как парно-нестабильные сверхновые. Моделирование показывает, что эти звезды образовались в гало темной материи, где температура позволяла собираться большим количествам молекулярного водорода.
По словам Уэйлена и его коллег-исследователей, когда эти звезды взрывались, в результате образовывались звезды с малой массой. Вокруг этих звезд формировались планетезимали, что приводило к образованию потенциально пригодных для жизни каменистых миров. Все это происходило до того, как сформировались первые галактики. Эти результаты основаны на моделировании, которое исследовательская группа провела с Энцо.
Начинается с формирования звезды с массой около 200 солнечных. Она живет всего около 2,6 миллионов лет, прежде чем взорвется как сверхновая PI. Взрыв обогащает пузырь сверхновой до высокой металличности. В результате гидростатические нестабильности приводят к образованию плотного ядра примерно через 3 миллиона лет с массой 35 солнечных.
«Все известные предпосылки для образования планет в этом ядре выполнены: рост пыли, усиление пыли в мертвой зоне, возникновение потоковой неустойчивости и превращение пыли в планетезимали», — объясняют авторы.
Вот чем это исследование отличается от предыдущих. Поскольку сверхновая PI взрывается и создает газ с высокой металличностью, газ остывает быстрее. Это позволяет следующей звезде сформироваться раньше, а следовательно, и планетезималям и планетам.
В конце концов образовалась протозвезда с массой 0,3 солнечных. Затем образовались планетезимали на расстоянии от 0,46 до 1,66 а.е. от своей звезды. Для жизни нужна вода, и моделирование исследователей также показало, что молодая солнечная система содержала количество воды, аналогичное нашей собственной Солнечной системе.
Планетезимали образовались в околозвездном диске вокруг маломассивной звезды, и со временем они объединились, образовав планеты. Поскольку изначальные первичные сверхновые создали такие элементы, как углерод, кислород и железо, все необходимые ингредиенты, вероятно, присутствовали для формирования каменистых планет, даже жизни.
Самое замечательное, что это могло произойти до того, как образовались первые галактики. Если это правда, это изменило бы наше понимание Вселенной и жизни. Однако это всего лишь одна симуляция. Как наблюдения могли бы ее подтвердить?
«В ходе будущих исследований экзопланет эти планеты могут быть обнаружены как вымершие миры вокруг древних, бедных металлами звезд Галактики», — пишут Уилан и его коллеги-исследователи в своей статье.
По мнению авторов, если бы условия были правильными, каменистые планеты могли бы сформироваться даже раньше, чем показывают их симуляции. Если это правда, то это меняет весь ход событий в эволюции Вселенной.
Однако это всего лишь одно исследование. И оно основано на первичных сверхновых. Существовали ли они вообще? Есть по крайней мере некоторые доказательства того, что они существовали.
Очевидно, что попытка наблюдения за первичными сверхновыми чрезвычайно сложна. Они произошли так давно, что они чрезвычайно далеки и слабы. Это, вероятно, невозможно с нынешними технологиями.
Кроме того, существует много неопределенности относительно звезд населения III, которые были прародителями первичных сверхновых. Их точные массы, время жизни и механизмы взрыва неопределенны. У астрономов нет четкого понимания экстремальных условий ранней Вселенной. Она все еще развивается, как и наше понимание сверхновых. В совокупности это много неопределенности.
Тем не менее, все эти проблемы не означают, что первичных сверхновых не было. Так что астрономы не могут их исключить, как и не могут исключить очень ранние обитаемые планеты.
На данный момент нет возможности доказать или опровергнуть это исследование. Однако оно открывает новое направление мысли и новые возможности.
