Вода во Вселенной появилась гораздо раньше, чем мы предполагали

Вода, наш эликсир жизни, могла сформироваться уже через 200 миллионов лет после Большого взрыва, предполагают новые исследования. Ранее считалось, что условия для создания воды в столь раннюю эпоху отсутствовали из-за нехватки тяжелых элементов, таких как кислород. Однако новые симуляции показывают, что младенческая Вселенная всё же могла быть влажной.

Космолог Дэниел Уэйлен из Портсмутского университета (Великобритания) и его коллеги виртуально воссоздали взрывы двух звезд, используя параметры ранней Вселенной. Они обнаружили, что предпосылки для создания воды существовали уже спустя всего 100 миллионов лет после рождения космоса. Водород, гелий и литий, образовавшиеся после Большого взрыва, сливаются в первые звезды, выбрасывая более тяжелые элементы, включая кислород, во Вселенную во время своего взрывного слияния.

“Наши симуляции предполагают, что вода присутствовала в первичных галактиках благодаря ее предшествующему формированию в составляющих их гало”, – пишут исследователи в своей статье.

Сегодня высокометалличные звезды изобилуют кислородом в своих ядрах, но первые светила состояли почти полностью из водорода и гелия. Эти ранние звезды горели ярко и недолго, что затрудняет для астрономов поиск их следов, но новые данные телескопа JWST, возможно, только что раскрыли первые прямые доказательства их существования.

Уэйлен с командой смоделировали взрыв этих ранних звезд – одной, в 13 раз, и другой, в 200 раз превосходящей массу нашего Солнца. В первую секунду виртуальных сверхновых температура и давление были достаточно высоки, чтобы преобразовать бывшие звездные газы в кислород. После этого катаклизма выброшенные энергичные газы, растянувшиеся на расстояние до 1630 световых лет, начали остывать. Охлаждение происходило быстрее, чем слияние материала, вызывая объединение ионизированных молекул водорода в пары, формируя второй ключевой ингредиент воды: молекулярный водород (H₂). Когда эти частицы сталкивались, особенно в более плотных областях гало сверхновых, кислород сталкивался с достаточным количеством водорода, делая Вселенную влажной.

Более того, эти плотные сгустки остатков сверхновых с более высокой концентрацией металлов, вероятно, стали местами формирования следующего поколения звезд, богатых тяжелыми элементами, и будущих планет, предполагают исследователи. “Повышенное содержание металлов могло, в принципе, привести к формированию каменистых планетезималей в протопланетных дисках с маломассивными звездами”, – говорят Уэйлен и его команда. Это означает, что зарождающиеся планеты уже могли содержать воду.

В одном регионе могли формироваться одновременно несколько звезд, объясняют исследователи.

“Если это так, то в гало могло происходить и накладываться друг на друга несколько взрывов сверхновых”, – поясняют Уэйлен и коллеги. “Несколько взрывов могут создать больше плотных ядер и, следовательно, больше мест для формирования и концентрации воды в гало”.

В областях гало с разреженным газом множественные взрывы уничтожили бы образовавшуюся воду, но в более плотных ядрах облаков у H₂O выше шансы на выживание благодаря пыли, экранирующей ее от излучения.

Расчеты команды предполагают, что количество воды, произведенной самыми ранними галактиками, могло быть всего в десять раз меньше, чем то, что мы видим в нашей галактике сегодня. Это означает, что один из основных ингредиентов жизни был в изобилии уже очень давно.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.