«Первый взрыв»: Учёные обнаружили, возможно, самую далёкую сверхновую во Вселенной

Астрономы, использующие космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), возможно, обнаружили самую далёкую сверхновую во Вселенной. Этот звёздный взрыв произошёл в галактике с крайне слабым свечением, когда возраст Вселенной составлял всего 730 миллионов лет.

Помимо пополнения и без того впечатляющего списка рекордов JWST, это открытие проливает свет на происхождение исключительно яркого гамма-всплеска, зарегистрированного в марте. Эти внезапные, кратковременные выбросы гамма-излучения являются одними из самых мощных взрывов во Вселенной.

Гамма-всплеск, получивший обозначение GRB 250314A, был обнаружен телескопом SVOM (Space Variable Objects Monitor) — небольшим рентгеновским телескопом, созданным Китаем и Францией. В течение нескольких дней после первоначального сигнала учёные установили, что интенсивная вспышка исходила от невероятно далёкого объекта, существовавшего всего через 730 миллионов лет после Большого взрыва.

Поскольку лишь немногие из подобных высокоэнергетических событий были обнаружены в первую миллиардную часть жизни Вселенной, это предоставило астрономам редкий шанс понять, как эволюционировали звёзды и галактики в ранней Вселенной.

Когда две исследовательские группы изучили свойства этого гамма-всплеска, они обнаружили свидетельства того, что он мог быть порождён взорвавшейся звездой на самом краю наблюдаемой Вселенной — что подтвердило предсказание одной из команд.

«Мы были поражены, что наши предсказания так хорошо сработали, и что нам удалось продемонстрировать, что JWST способен видеть отдельные взрывающиеся звёзды на таких экстремальных расстояниях», — сообщил в интервью Live Science по электронной почте Эй Джей Леван, ведущий автор одной из двух статей и профессор Университета Радбуда в Нидерландах и Уорикского университета в Великобритании.

Обе новые работы были опубликованы 9 декабря в журнале Astronomy & Astrophysics.

В поисках улик

Короткие гамма-всплески, длящиеся менее двух секунд, как полагают, возникают при слиянии нейтронных звёзд — сверхплотных останков мёртвых звёзд. Напротив, длинные гамма-всплески производятся, когда массивные звёзды коллапсируют, образуя нейтронную звезду или чёрную дыру.

Первоначальная вспышка GRB 250314A длилась около 10 секунд, что уверенно помещает её в категорию длинных всплесков. Поэтому исследователи были заинтересованы в том, чтобы выяснить, был ли гамма-всплеск порождён сверхновой — катастрофической гибелью массивной звезды.

Хотя гамма-всплески длятся всего от нескольких секунд до минут, они оставляют после себя «послесвечение» — плавно затухающий свет с энергией ниже гамма-излучения (рентгеновские лучи, видимый свет, радио- и инфракрасное излучение), который длится несколько дней. Поскольку гамма-всплески столь кратковременны, большая часть информации о них раскрывается именно благодаря их более длительному послесвечению.

Чтобы подтвердить свои предположения, исследователям пришлось разделить свет от послесвечения, самой сверхновой и галактики-хозяина. GRB 250314A породил детектируемое инфракрасное и рентгеновское послесвечение, но, к счастью, оно уже угасло к тому времени, когда JWST наблюдал это место месяцами позже. Следовательно, этот свет ожидаемо был слишком слаб, чтобы объяснить всё наблюдаемое излучение, что указывало на вклад другого источника.

«Это оставляет нам задачу разделить свет от галактики и сверхновой», — пояснил Леван. Если бы большая часть света исходила от галактики-хозяина, то эта галактика должна была бы быть чрезвычайно компактной и необычно старой, со звёздами, сформировавшимися уже примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва.

«Это само по себе было бы интересным результатом, потому что мы не видим много подобных галактик, и, в частности, это не та галактика, где вы ожидаете найти гамма-всплеск», — добавил он.

Следовательно, свойства гамма-всплеска можно было объяснить только присутствием сверхновой, заключила команда.

Далёкий близнец

Яркость сверхновой зависит от количества радиоактивного материала, выброшенного во время взрыва. Это, в свою очередь, определяется массой ядра звезды в момент взрыва.

По ряду причин астрономы полагают, что звёзды в ранней Вселенной могли иметь более массивные ядра, чем те, что мы видим сегодня. Поэтому сверхновая, связанная с GRB 250314A, предоставила редкую возможность изучить природу звёзд ранней Вселенной. Поскольку GRB 250314A, возможно, является самой ранней из когда-либо наблюдавшихся сверхновых, исследователи сравнили её со сверхновыми в ближней Вселенной. Удивительно, но она оказалась поразительно похожей на современные звёздные взрывы.

«Это может быть случайностью; в конце концов, это всего один объект, — сказал Леван. — Однако это также может указывать на то, что взрывающиеся звёзды [в ранней Вселенной] — и, следовательно, всё звёздное население в целом — не так сильно отличаются, как мы думаем».

Чтобы окончательно подтвердить, что это сверхновая, исследователям всё ещё необходимо заново оценить, какая часть наблюдаемого света исходит от самой сверхновой, а какая — от послесвечения или галактики-хозяина. Они планируют провести дополнительные наблюдения в следующем году, когда свечение сверхновой окончательно угаснет, что значительно облегчит разделение вклада от этих различных источников.

Это открытие знаменует собой новую эру в изучении космического рассвета — эпохи формирования первых звёзд и галактик. Способность JWST «размотать» свет от таких событий до его отдельных компонентов открывает путь для детального изучения химического состава и физических условий в первые сотни миллионов лет существования Вселенной.

Если дальнейшие наблюдения подтвердят, что первые звёзды действительно взрывались так же, как и современные, это может потребовать пересмотра некоторых моделей звёздной эволюции и обогащения среды тяжёлыми элементами на заре времён. В любом случае, этот далёкий взрыв служит маяком, освещающим одну из самых тёмных и загадочных глав в истории нашего космоса.