Массы звезд ранней Вселенной достигали нескольких сотен солнечных масс. Самые ранние звезды массой 140-260 солнечных масс стали сверхновыми с парной нестабильностью (PISNe).
Парно-нестабильная сверхновая — это тип сверхновой, возникновение которой предсказывается, когда образование свободных электронов и позитронов при столкновении атомных ядер с энергичными гамма-лучами, временно снижает внутреннее радиационное давление, поддерживающее ядро сверхмассивной звезды от гравитационного коллапса. Это падение давления приводит к частичному коллапсу, который, в свою очередь, вызывает значительно ускоренное горение при неконтролируемом термоядерном взрыве, в результате чего звезда полностью разлетается на части, не оставляя после себя звездных остатков.
Парно-нестабильные сверхновые могут возникать только у звезд с массой от 130 до 250 солнечных масс и низкой или умеренной металличностью (низкое содержание элементов, отличных от водорода и гелия).
Звездные взрывы этих сверхновых оставили бы уникальные химические следы — сигнатуру в атмосфере звезд следующего поколения, которая совершенно не похожа на атмосферу сверхновых II и Ia типов.
До сих пор не было найдено никаких признаков этой сигнатуры.
В новом исследовании астрофизики показывают, что очень бедная металлами звезда в галактическом гало LAMOST J1010 + 2358, является явным свидетельством PISN от очень массивных первых звезд в ранней Вселенной.
LAMOST J1010+2358 была идентифицирована как звезда с очень низким содержанием металлов с помощью многообъектного волоконно-спектроскопического телескопа с большой площадью неба (LAMOST).
Используя телескоп Subaru, команда ученых провела последующее спектроскопическое наблюдение звезды с высоким разрешением.
Они смогли вычислить содержание более десяти элементов в LAMOST J1010 + 2358, и обнаружили, что в звезде низкое содержание натрия и кобальта; ее соотношение натрия к железу ниже 1/100 по сравнению с Солнцем.
LAMOST J1010+2358 также отличается большим количеством элементов с четным и нечетным зарядовыми числами, таких как натрий, магний, кобальт и никель.
Ученые отметили, что этот тип сверхновых обусловлен гидродинамической нестабильностью, вызванной образованием электрон-позитронной пары в конце жизни очень массивной звезды
Это разрушает всю звезду, не оставив никаких остатков. Взрыв PISN может быть от нескольких до ста раз мощнее обычной сверхновой. Взрыв, который создал LAMOST J1010+2358, был одним из самых энергичных событий.
Содержание железа в LAMOST J1010+2358 значительно больше, чем в наиболее бедных металлом звездах галактического гало, что позволяет предположить, что звезды второго поколения, созданные из газа, в котором преобладает пепел PISN, могут быть довольно богаты металлами.
LAMOST J1010 + 2358 может быть самой старой звездой, которую мы знаем. Звезды, образующие PISN, имеют самый короткий срок жизни, а выделяемый ими газ, богатый металлами, помогает формированию следующего поколение звезд — тех, которые мы наблюдаем.
Но ни одна звезда первого поколения никогда не была найдена.
Идентификация такой массивной первичной звезды предполагает, что первые звезды были более массивными, чем звезды, формирующиеся в нынешней Вселенной.
Это подтверждает, тот факт, что мы никогда не находили долгоживущих первичных звезд малой массы.
“Один из святых граалей поиска звезд с низким содержанием металла — найти доказательства существования этих ранних сверхновых с нестабильностью пар”, — сказал профессор Гарвардского университета Ави Леб.”
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. QF. Xing et al. «Бедная металлом звезда с избытком от сверхновой с нестабильностью пар». doi: 10.1038 / s41586-023-06028-1