Книга Бытия. Общая история происхождения

Ловить сигналы, приходящие из той эпохи мрака и безмолвия, когда образовывались первые звезды, – одна из задач современной радиоастрономии. Единственное излучение, испускаемое большими газовыми облаками, которым предстоит сжаться до мегазвезды, – это известная 21-сантиметровая линия в спектре нейтрального водорода. Это очень характерное электромагнитное излучение водорода в микроволновом диапазоне; его обнаружение будет недвусмысленным подтверждением успеха в проникновении во мрак темных веков. Это излучение очень слабо, его источник – запрещенный переход атома водорода, очень редкое явление, которое можно наблюдать только в спектрах излучения огромных скоплений газа. Радиоастрономы реконструировали его, исследуя большие водородные туманности в нашей Галактике, но все попытки идентифицировать его в космическом микроволновом фоновом излучении пока терпели неудачу.

Если это излучение будет обнаружено, мы сможем построить карту, аналогичную карте космического микроволнового фонового излучения. Такая карта дала бы нам очень точную картину распределения вещества в темные века, поскольку можно будет увидеть во всех деталях механизм образования мегазвезды и понять, какую роль стадия реионизации играла в образовании галактик.

В безумном круговращении жизни и смерти гигантских первых звезд возникает новое явление: свет этих новых звезд настолько силен, что, попадая на атомы водорода в окружающем пространстве, ионизирует их, лишая электрона. Процесс сильно ускоряется при умирании мегазвезды, когда ослепительная вспышка отмечает момент истощения ядерного топлива. Постепенно бóльшая часть вещества, присутствующего во Вселенной, полностью ионизируется, возвращаясь в то состояние, из которого оно вышло спустя триста восемьдесят тысяч лет после Большого взрыва, по завершении первой рекомбинации, и теперь Вселенная снова постепенно становится непрозрачной. Через несколько сотен миллионов лет после образования первых мегазвезд начинается эпоха реионизации.

Вселенная снова надолго темнеет: вспышки света тут же гаснут, и этому, кажется, уже не будет конца. Теперь Вселенная полна звезд, огромных и очень ярких, но она больше не прозрачна. Свободные электроны взаимодействуют с фотонами, испускаемыми звездами, захватывают и ослабляют их, не позволяя им нести свет на большие расстояния. Вселенная снова погружается в полную тьму.

Этот процесс продлится несколько сотен миллионов лет – таково время, необходимое для ионизации всего газообразного водорода. Вещество снова перешло в агрегатное состояние плазмы – то самое, которое раньше уже приводило Вселенную к полной непрозрачности и в котором вещество теоретически может поглощать весь излучаемый свет. Но Вселенная продолжает расширяться, и плотность будет уменьшаться все больше и больше до тех пор, пока не станет настолько низкой, что процесс реионизации прекратится. Вселенная опять станет прозрачной. С тех пор горячий и ионизированный газ наполняет всю Вселенную, но его плотность настолько мала, что свет может проходить сквозь нее практически беспрепятственно.

На исходе первого миллиарда лет Вселенной свет наконец окончательно возобладал над тьмой. Сражение было тяжелым, и иногда казалось, что тьма выйдет победительницей. Но свет ее превозмог, и на этот раз его успех окончательный.

Невероятный космический фейерверк

Ядерные реакции, идущие внутри мегазвезд, приводят к образованию все более тяжелых элементов. Углерод, азот, кислород и все остальные элементы вплоть до железа под действием силы тяжести медленно накапливаются в самых внутренних слоях. Жизненный цикл таких звезд завершается титаническим взрывом, рассеивающим эти элементы в окружающем пространстве. Многочисленные взрывы обогащают звездную пыль тяжелыми элементами, в том числе металлами, и из нее рождаются другие звезды и другие планеты, такие как Солнце и наша Земля.

Пароксизм, которым завершается жизнь звезды, сопровождается поистине грандиозными эффектами и играет решающую роль в формировании нашей Солнечной системы. Он заслуживает подробного описания.

То, как звезда умирает, во многом зависит от ее массы. Внутри звезд, масса которых превышает десять солнечных, чудовищные плотности и температуры. В сердце этих монстров уже пройден рубеж в миллиард градусов, а при таких температурах в ядерных реакциях участвуют все элементы. Со временем более легкие компоненты – водород и гелий – истощаются, и в более сложные реакции синтеза вступают более тяжелые элементы: в результате образуются углерод, азот, кислород и так далее. Когда дело доходит до кремния, синтезируемого в железо, процесс останавливается. Дальнейшие реакции невозможны, и сердце звезды, в котором больше не производится энергия, катастрофически разрушается.