Астрофизики из МФТИ и ИКИ РАН выяснили, что атомы гелия играли ключевую роль в рождении первых галактик в ранней Вселенной и в формировании той глобальной «космической паутины», в которой мы сегодня живем, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.
«Процесс рождения галактик начинается с быстрого сжатия темной материи, и затем в эту зону начинает стекать газ. Мы считаем, что в этом потоке газа частицы разных масс будут двигаться с неравными скоростями. Гелий — более тяжелая частица, значит, она будет оседать быстрее водорода в гравитационном поле формирующейся галактики», — заявил Сергей Сазонов из Института космических исследований РАН, чьи слова приводит пресс-служба МФТИ.
После Большого взрыва во Вселенной существовали только три элемента — водород, гелий и следовые количества лития. Однако через 300 миллионов лет, когда появились первые звезды, начали появляться более тяжелые элементы, рожденные в ходе термоядерных реакций в недрах светил. Скорость образования этих элементов и их текущее количество во Вселенной зависят от того, как много гелия и лития изначально содержала Вселенная, из-за чего ученые уже десятилетиями пытаются определить их концентрации.
Как рассказывает Сазонов, сегодня многие астрофизики и космологи предполагают, что все элементы были распределены по первичному газовому «супу» Вселенной равномерно и что все первые галактики содержали в себе примерно одинаковые доли водорода, гелия и лития.
Российские ученые показали, что, скорее всего, это было не так и что первые галактики могли содержать в себе на порядки больше гелия, чем показывают математические и компьютерные модели ранней Вселенной, добавив в эти компьютерные модели один из важнейших физических феноменов – то, как двигаются газы разных масс в разных условиях.
Используя эту модель, ученые создали миниатюрную «Вселенную» в виртуальной реальности и проследили за тем, как внутри нее росли гигантские облака газа, из которых рождаются первые протогалактики и протоскопления галактик. Эти расчеты показали, что гелий будет двигаться в сторону центра таких облаков заметно быстрее, чем водород, что должно привести к его накоплению в окрестностях будущих галактик.
Скорость этого накопления зависит фактически от двух параметров – первичной массы облаков и той температуры, которая господствовала в ранней Вселенной в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Если она была достаточно высокой, а масса протогалактик – наоборот, низкой, то тогда первые галактики мироздания должны были иметь заметно больше гелия, на несколько десятых процента, чем мы привыкли считать, что должно сильно повлиять на характер их формирования, свойства их звезд и весь процесс эволюции Вселенной.
Все эти расчеты, как надеются Сазонов и его коллеги, помогут космологам выяснить, как выглядела Вселенная в первые дни своей жизни, когда будут получены более точные эмпирические данные по концентрации гелия в первых галактиках мироздания. Как считают ученые, для проверки их идей и поиска излишков гелия лучше всего подходят карликовые галактики, которые могут на самом деле быть первыми галактиками Вселенной, дожившими до наших дней.
