Млечный Путь № 3 2020

В наше время, когда образуются новые звезды, возникает несколько больших массивных голубых звезд, но средняя новая звезда мала: около 40% массы Солнца. Однако из-за отсутствия тяжелых элементов средняя звезда населения III должна была быть примерно в 10 раз массивнее Солнца, а это означает, что все они были недолговечны и погибли при взрывах сверхновых.

В каком-то смысле это хорошо, потому что сверхновые не только создают значительную долю тяжелых элементов, но также приводят к образованию нейтронных звезд, которые затем могут сливаться вместе, образуя самые тяжелые элементы из всех: такие элементы, как йод, золото, платину и вольфрам.

Но это также представляет собой проблему, потому что в ранних звездных скоплениях есть только немного вещества, в то время как сверхновые извергают вещество с невероятно высокой скоростью. Если вы сложите, сколько вещества нужно для образования первых звезд, и сравните это число с тем, как быстро сверхновые выбрасывают вещество, то столкнетесь с загадкой.

Выброшенный материал движется слишком быстро для имеющейся массы, а это означает, что тяжелые элементы должны быть выброшены в межгалактическую среду. Это плохо! Нам нужно сохранить этот материал, чтобы он мог участвовать в звездообразовании будущих поколений. Нам это нужно для помощи в образовании:

* последующего поколения звезд, чтобы мы могли получать звезды малой массы,

* каменистых планет, чтобы возник мир, такой, как Земля, а не только планеты с преобладанием газа,

* и жизни, потому что нам нужна химия, которую создают тяжелые элементы.

Одной обычной атомной материи во Вселенной для этого недостаточно. Все существующие газ, пыль и черные дыры просто не обладают достаточной гравитационной силой, чтобы удерживать этот материал. Во Вселенной, состоящей только из атомов, более массивные структуры, которые мы видим - структуры, подобные той, в которой мы живем, галактике Млечный Путь - были бы невозможны. Для их образования нужен дополнительный ингредиент: темное вещество.

Такие события, как вспышки сверхновых и слияния нейтронных звезд, могут привести к изгнанию нормальной материи с огромными скоростями, как показано здесь (красным) для галактики Мессье 82, где происходит вспышка звездообразования. Во Вселенной без темного вещества этот материал просто выбрасывается в межгалактическую среду, но во Вселенной с темным веществом материал остается в галактике, где может участвовать в формировании будущих поколений звезд.

Благодаря темному веществу ранние звездные скопления и протогалактики могут обладать достаточной гравитацией, чтобы удерживать материал, выброшенный из сверхновых звезд и во время других катаклизмов, втягивая в себя все больше и больше материи. Со временем накапливается достаточно тяжелых элементов, и могут начать формироваться более развитые звезды со значительной долей тяжелых элементов. Эти звезды имеют меньшую массу и не только помогают производить многие элементы периодической таблицы, но и создают белые карлики, которые сливаются и взрываются, что приводит к образованию таких элементов, как углерод, азот и кальций: жизненно важных для нашего тела.

В конце концов, по прошествии миллиардов лет отдельные галактики, такие как Млечный Путь, оказываются достаточно богаты этими тяжелыми элементами, чтобы при рождении новых звезд они могли образовывать вокруг себя скалистые планеты, похожие на Землю.

Считается, что примерно через 9,2 миллиардов лет после Большого взрыва в областях звездообразования в нашем Млечном Пути образовалось множество звезд, одна из которых выросла в наше Солнце. Его протопланетарный диск в итоге сформировал четыре внутренние каменистые планеты, а также систему внешних газовых планет-гигантов. Третья планета от Солнца, Земля, в конечном итоге сформировала жизнь и привела к появлению людей.

Все это не было предопределенным выводом. Если бы мы перемотали часы к первоначальному формированию Солнечной системы и снова повернули бы время вперед, то чрезвычайно маловероятно, что люди возникли бы еще раз. Но если бы мы вернули часы назад к ранним стадиям Большого взрыва, то во Вселенной, наполненной звездами, галактиками, каменистыми планетами и звездами, подобными Солнцу, жизнь была бы почти неизбежна.

Причина проста: законы и исходные составляющие Вселенной всегда одни и те же. Вселенная с нормальным содержанием вещества, будет производить легкие элементы; Вселенная с малой плотностью породит первое поколение звезд; Вселенная с темной материей будет образовывать звезды с тяжелыми элементами; Вселенная со вторым поколением звезд сформирует скалистые планеты и звезды, подобные Солнцу; а Вселенная с каменистыми планетами, похожими на Землю, позволит жизни существовать, выживать и процветать миллиарды лет. Все остальное могло быть случайностью, но именно перечисленное сделало наше существование возможным. Мы должны не упустить такой шанс.

* * *

Джеймс Томас

Смерть от PowerPoint: слайд, убивший семь человек

Опубликовано в Live Science