Десятилетиями астрономы, вглядываясь в Хаббл, пытались уловить мерцание первых звёзд Вселенной. Однако маленькие галактики, строившие космос, были слишком тусклыми даже для самых навороченных инструментов. Теперь у астрономов наконец-то есть два козыря: космический телескоп Уэбб и немного космической удачи.

В недавней статье в Nature команда под руководством Кимихико Накадзимы из Университета Канадзавы, Япония, использовала телескоп Джеймса Уэбба для наблюдения за сверхтусклой галактикой LAP1-B, какой она была примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Это самая химически примитивная галактика, которую мы когда-либо видели — а это о чём-то говорит, учитывая, сколько примитивных штук мы уже нашли.

LAP1-B находится в 13 миллиардах световых лет от нас. Даже огромные золотые бериллиевые зеркала Уэбба не справились бы в одиночку. Команда заметила её благодаря массивному скоплению галактик MACS J046, которое искривляет пространство-время между нами и LAP1-B, словно космическое кривое зеркало. «Галактика была сильно увеличена за счёт эффекта гравитационного линзирования», — сказал Накадзима. Конкретно, искривлённое пространство-время увеличило яркость LAP1-B примерно в 100 раз.

Даже с таким усилением LAP1-B настолько тусклая, что ни Уэбб, ни Хаббл не смогли обнаружить её звёздный континуум — постоянный фоновый свет её звёзд. Для Накадзимы и коллег это само по себе было подсказкой. Зная расстояние и чувствительность телескопа, они вычислили жёсткий верхний предел звёздной массы LAP1-B: 3300 солнечных масс. Это погрешность по сравнению с примерно 100 миллиардами солнечных масс Млечного Пути.

Большая часть света, попавшего на зеркала Уэбба, исходила не от звёзд, а от светящегося газа. Изучив этот газ, команда поняла, что LAP1-B — самое близкое к первым девственным галактикам из всех, что мы наблюдали. Свечение возникает из-за высокоэнергетического излучения массивных звёзд, бомбардирующего окружающие межзвёздные облака газа, заставляя их флуоресцировать. Используя спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Уэбба, исследователи разложили свет на спектр и искали эмиссионные линии, указывающие на химический состав.

«Мы хотели измерить, сколько кислорода присутствует», — сказал Накадзима. Анализ выявил глубокий дефицит элементов тяжелее водорода и гелия. Соотношение газообразного кислорода к водороду составило всего 0,4% от того, что мы находим в нашем Солнце. Ещё одна деталь: трёхкратно ионизированный углерод — состояние, в котором атом углерода теряет половину своих шести электронов. Чтобы выбить эти электроны, нужны фотоны крайнего ультрафиолета с энергией более 47,9 электронвольт. Обычные звёзды, даже массивные рядом с нами, недостаточно горячи. Звёзды, способные так нагреться, как предполагает команда, были самыми первыми, зажжёнными во Вселенной — состоящими исключительно из водорода и гелия Большого взрыва, без тяжёлых элементов для охлаждения при формировании. «Такие звёзды должны формироваться из первозданного газа», — сказал Накадзима.

Сегодняшние звёзды, включая наше Солнце, относятся к населению I. Более старые в галактическом гало — население II, с гораздо меньшим содержанием тяжёлых элементов. Звёзды населения III были первыми — теоретически, это жестокие монстры с массами в сотни раз больше солнечной, сжатые в малые объёмы, горящие чрезвычайно ярко и умирающие молодыми в сверхновых. Команда Накадзимы, вероятно, нашла следы этих взрывов в LAP1-B.

Несмотря на невероятную бедность тяжёлыми элементами, LAP1-B имеет необычно высокое соотношение углерода к кислороду — выше, чем у нашего Солнца. Исследователи считают, что ответ кроется в том, как умирали эти массивные звёзды первого поколения. Когда звезда населения III коллапсирует, её ядро становится чёрной дырой, но сверхновая недостаточно энергична, чтобы разорвать звезду на части. «Их гравитационная энергия связи сильнее, чем у обычных массивных звёзд», — сказал Накадзима. Коллапс приводит к слабой сверхновой со значительным обратным падением: более тяжёлые элементы, такие как кислород, засасываются за горизонт событий, в то время как более лёгкие внешние слои, богатые углеродом, улетают. Химический состав LAP1-B выглядит как отпечаток газа от сверхновых населения III.

Ещё одна подсказка: скорость газа. Измерив доплеровское уширение,