Белые карлики. Будущее Вселенной

Первые звезды загорались в зоне повышенной плотности газовых частиц, образовавшихся в ходе гравитационного коллапса облаков барионной и темной материи с массой порядка 100 000–1 млн солнечных масс. Эти процессы можно обсчитать на суперкомпьютере, но далеко не полностью. Естественно, существует множество сценариев звездообразования. В целом все модели сходятся на том, что в ходе фрагментации первичных облаков внутри гало из темной материи формировались сгустки газа, тянущие на несколько сотен солнечных масс. Эта величина соответствует массе Джинса для температуры около 500 K и плотности газа порядка 10 000 частиц на см³. Поэтому вскоре после формирования газовые сгустки теряли устойчивость и сваливались в гравитационный коллапс. Их температура возрастала весьма умеренно благодаря охлаждающему действию молекулярного водорода. В конце концов они трансформировались в аккреционные диски, в которых и родились первые звезды.

Далее возможны варианты. До недавнего времени считали, что коллапсирующий сгусток с подобными параметрами не распадается и становится родоначальником единственной звезды. Вычисления, основанные на оценке темпов аккреции газа к центру диска, показывают, что масса таких звезд не может быть больше 1000 солнечных. Это теоретическая верхняя граница, и еще не ясно, существовали ли подобные сверхгиганты. Согласно консервативным оценкам, звезды первого поколения не были тяжелее 300, максимум — 500 солнечных масс. Нижний предел массы этих звезд определяется тем, что молекулярный водород способен понизить температуру облака лишь до 200 K, и потому звезда, не дотягивающая до 30 масс Солнца, просто не может появиться на свет. Поскольку первичные облака фрагментировались на множество локальных сгущений, первые звезды, скорее всего, появлялись сериями численностью в сотни, тысячи (а то и больше) светил. Конечно, они еще не были галактиками (те сформировались позднее), но представляли собой вполне внушительные звездные сообщества.

Звезды в сотни солнечных масс отличались исключительной яркостью и огромными размерами. Их поверхность была разогрета до 100 000 K (атмосфера нашего Солнца в 17 раз холоднее). Типичный радиус такой звезды составлял 4–6 млн км против 700 000 у Солнца, а светимость превосходила солнечную в миллионы раз. Их существование было очень кратким, 2–3 млн лет максимум, и завершали они его по-разному. Звезды, которые появились на свет с массой в 140–260 солнечных, в конце жизни (во всяком случае, так утверждает теория) сгорали без остатка в сверхмощных термоядерных взрывах и высвобождали энергию порядка 10⁵³ эрг. Светила больших и меньших масс коллапсировали в черные дыры — со взрывами или без оных. Звезды населения III не оставили после себя нейтронных звезд — это удел светил с намного меньшей массой, чье время тогда еще не пришло. По этой же причине они не смогли дать начало и белым карликам.

Интересно, что совсем новенькие суперсветила известны астрономам. Например, звезда R136a1, открытая в 2010 г. Она отстоит от Земли на какие-то 160 000 световых лет. Сейчас в ней 265 солнечных масс, хотя после рождения она тянула на все 320. Звезде около 1 млн лет, но она выбрасывает вещество в пространство так сильно, что похудела за это время на целых 17 %!

Поскольку первые звезды появлялись на свет с массой такого же порядка, можно предположить, что и они с такой же скоростью теряли материю. Однако с выводами торопиться не стоит. Генерация звездного ветра происходит при существенном участии элементов тяжелее гелия, а первые звезды ими не располагали, поэтому вопрос остается открытым.

Совсем недавно появились сомнения в правомерности модели изолированного возникновения первых звезд. В феврале 2011 г. астрофизики из ФРГ и США опубликовали в журнале Science результаты компьютерного моделирования динамики аккреционных дисков, положивших начало этим звездам. Выяснилось, что такие диски, по всей видимости, распадались на фрагменты, и первые звезды появлялись на свет не поодиночке, а парами, тройками и более крупными группами.

На этой стадии вполне закономерен вопрос: не случалось ли, что отдельные «эмбрионы» звезд под действием тяготения соседей вылетали за границы диска еще до того, как набрали огромную массу? В таком случае среди звезд населения III могли оказаться довольно легкие светила, способные протянуть миллиарды лет и дожить до нашего времени. Однако все не так просто. Дело в том, что пока удалось проследить лишь начальный этап эволюции аккреционного диска на протяжении нескольких сотен лет. Этого недостаточно для оценки звездных масс, поскольку процесс формирования звезды занимает не меньше 100 000 лет. Скорее всего, первые звезды (даже появившиеся на свет целой группой) все-таки вырастали не меньше чем до нескольких десятков солнечных масс, как и полагали ранее. Поэтому гипотетическое появление в ту далекую эпоху светил с умеренной массой — лишь логическая возможность, еще не подтвержденная конкретными вычислениями.