Изучая древние молекулярные облака в нашей галактике, астрономы заметили, что вода во Вселенной появилась гораздо раньше – спустя один миллиард лет после Большого Взрыва.
Загвоздка состояла в том, что молекула воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода, как и любой элемент тяжелее гелия, была сформирована в ядрах звезд, а не самим Большим Взрывом.
Первым звездам требовалось некоторое количество времени, чтобы сформироваться, состариться и погибнуть, благодаря чему, такие тяжелые элементы как кислород, смогли вырваться через звездные ветра и сверхновые. Принимая во внимание такую временную задержку, астрономы довольно долгое время считали, что вода во Вселенной появилась гораздо позже.
Но согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Astrophysical Journal Letters, это могло произойти гораздо быстрее. В самом деле, существует вероятность, что вода могла зародиться спустя один миллиард лет после того, как зародилась Вселенная.
"Мы изучали химию молодых молекулярных облаков, содержащих в тысячу раз меньше кислорода, чем наше Солнце. И к нашему удивлению мы обнаружили, что там может находиться гораздо больше водяного пара, чем предполагалась ранее", - сказал Ави Лоеб, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
Первые звезды, зародившиеся спустя 100 миллионов лет после Большого Взрыва, были массивными и нестабильными. Они быстро сжигали свое водородное топливо, взрываясь как сверхновые. Эти звездные взрывы наполнили Вселенную тяжелыми элементами. Результатом этих событий стали газовые карманы богатые тяжелыми элементами («богатыми» - вопрос спорный, так как по сравнению с содержанием кислорода нашей современной галактики, эти ранние газовые облака были очень бедны кислородом).
Но, несмотря на низкий уровень кислорода, среда в то время была идеальной для «приготовления» молекулы воды. Температура около 80 градусов по Фаренгейту(300 по Кельвину) была оптимальной для того, чтобы совместить кислород с атомами водорода, который был в изобилии.
"Такая температура была доступна, потому что Вселенная в прошлом была теплее, чем сегодня, и газ был не в состоянии эффективно охлаждаться", - говорит соавтор исследователь Шмуэль Бялы из Тель-Авивского университета.
"Свечение космического микроволнового фона было жарче, и плотность газа была выше", - добавил Амиэль Штернберг, также соавтор из Тель-Авивского университета.
Тем не менее, в течение этого бурного времени нашей Вселенной, обилие молодых звезд порождало мощное ультрафиолетовое излучение, которое разрывало вновь сформированные молекулы. Но спустя миллионы лет, разрушительное воздействие ультрафиолетового света спало, и процесс формирования воды ускорился.
Это исследование показывает, что спустя всего один миллиард после Большого Взрыва, наша Вселенная имела богатую среду для производства воды, несмотря на низкое содержание воды. Это подготовило почву для более поздних эпох, когда возле более поздних звезд начали формироваться планеты, где вода уже присутствовала.