Примерно через 200-400 млн. лет после Большого Взрыва появились первые звезды. Из-за удаленности они остаются недоступными земному наблюдателю, однако все может измениться в 2020 году после запуска космического телескопа НАСА Джеймс Уэбб.
Первые звезды важны для исследователей, так как способны поведать ценную информацию о свойствах ранней Вселенной. Можно было бы понять, были ли бинарные звезды распространены или лишь одиночки. А также, сколько тяжелых химических элементов было создано первым поколением и как они сформировались.
Гравитационная увеличивающая линза
Первый шаг базируется на ИК-чувствительности телескопа Джеймс Уэбб. Первые звезды были крупными, горячими и излучали УФ-лучи. Но они находятся настолько далеко, что вселенское разрешение сдвинуло свой пик от УФ до гораздо более длинных ИК-длин волн.
Второй шаг – использовать объединенную гравитацию промежуточного галактического скопления в качестве линзы, которая сфокусирует и увеличит свет звезд первого поколения. Типичное гравитационное линзирование способно увеличивать свет в 10-20 раз, но этого мало. Для Уэбба увеличение должно превышать более 10000 раз.
Чтобы добиться такого увеличения, потребуются транзиты скоплений – специальные выравнивания, где звездный свет значительно увеличивается в течение нескольких недель, пока галактическое скопление дрейфует между Землей и звездой.
Игра в удачу
Насколько вероятно подобное выравнивание? Астрономы отмечают, что шансов очень мало. К тому же, каждая каустика ассиметрична, что приводит к резкому увеличению, если звезда приближается с одной стороны, но гораздо расплывчатее, если с другой. То есть, в зависимости от стороны, звезда будет ярче в течение нескольких часов или месяцев. После пика яркости она снова исчезнет.
Ключевой атрибут первых звезд заключается в том, что они сформировались из смеси водорода и гелия ранней Вселенной без тяжелых химических элементов, вроде углерода, кислорода, железа и золота.
Еще одним увиденным объектом может стать аккреционный диск вокруг первичных черных дыр, сформированных после Большого Взрыва. Черные дыры были бы финальным эволюционным результатом массивнейших первых звезд. Если бы звезды находились в двойной системе, то одна стала черной дырой, подпитывалась газом от спутника и сформировала плоский диск.
Аккреционный диск будет отображать другой спектр от первой звезды, потому что проходит через каустику, создавая улучшенную яркость на более коротких длинах волн из раскаленной, самой внутренней части диска.
Ученые уже выбрали несколько потенциальных целей, среди которых и галактическое скопление «El Gordo». Команда надеется на удачу и длительность поиска (все время функционирования Джеймса Уэбба).
За пределами Уэбба
Космический телескоп Джеймс Уэбб станет настоящим техническим чудом, но он не просуществует вечность. К примеру, Хаббл находится на орбите с 1990 года и уже 5 раз обслуживался астронавтами. Уэбб планируют разместить на удаленности в 1.5 млн. км от Земли, а срок работы изначально рассчитан на 5-10 лет (может дойти до 15-ти). Однако обслуживание не предусмотрено.
Поэтому планируется создание нового телескопа на высокой и сухой вершине обсерватории Лас-Кампанас (Чили). Это место идеально подходит для ИК-наблюдения. В 2026 году GMT (Giant Magellan Telescope) будет обладать светособирающей поверхностью в 24.5 метров, созданной из 7 отдельных зеркал. В определенный период эти телескопы будут работать вместе, поэтому ученые планируют максимально воспользоваться всеми возможностями для поиска первых звезд.