Источником почти всех запасов фтора во Вселенной оказались первые звезды

В одной из первых галактик Вселенной астрономы впервые обнаружили следы существования фтора. На основе этого ученые делают вывод, что большинство атомов фтора возникло в недрах особо крупных звезд Вольфа – Райе – самых горячих и короткоживущих светил Вселенной. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Astronomy.

"До недавнего времени у нас не было никаких представлений о том, какие типы звезд были источником почти всех атомов фтора в обозримой Вселенной. По итогам нового исследования мы показали, что их источником были звезды Вольфа – Райе, одни из самых тяжелых и быстро вращающихся светил всего мироздания", – рассказал один из авторов статьи, научный сотрудник Хартфортширского университета (Великобритания) Максимильен Франко.

В ближайшее время после Большого взрыва во Вселенной существовали только три элемента – водород, гелий и следовые количества лития. Однако через 300 млн лет, когда возникли первые звезды, стали появляться более тяжелые элементы, предположительно возникшие в ходе термоядерных реакций в недрах светил. Ученые пока не могут сказать, как протекал этот процесс, и дискуссии по этому поводу продолжаются до сих пор.  

Одни из самых больших споров такого рода вызывает загадка существования необычно больших количеств фтора во Вселенной. Эти дискуссии связаны с тем, что у астрофизиков нет четких представлений о том, в недрах каких звезд может возникать этот элемент. За все время наблюдений ученые находили его следы только в недрах красных сверхгигантов, однако большинство астрономов сомневается в том, что эти светила являются главным источником фтора во всей Вселенной.

В ходе наблюдений за одной из первых галактик Вселенной, NGP–190387, которую мы видим в том состоянии, в котором она находилась через 1,3 млрд. лет после Большого взрыва, Франко и его коллеги предположили, что было основным источником фтора во Вселенной. Исследование спектра этой галактики показало, что в звездах и материи этой галактики было необычно много атомов фтора.

В попытках найти их источник исследователи детально изучили распределение фтора по древней галактике и измерили, с какой скоростью он мог накапливаться в ее материи и звездах. Их расчеты указали, что красные гиганты производят фтор слишком медленно, чтобы его концентрация в NGP–190387 могла за несколько десятков или сотен миллионов лет достичь тех значений, которые зафиксировали астрономы.

С другой стороны, характер распределения фтора по этой галактике указал, что главным источником этого элемента были звезды Вольфа – Райе, очень крупные и горячие голубые звезды с высокой скоростью вращения. Как правило, они тяжелее Солнца в несколько десятков раз. Включение этих звезд в модели химической эволюции Вселенной, как отмечают Франко и его коллеги, позволило восполнить недостаток фтора в мироздании.

Это, соответственно, указывает на то, что почти все его атомы возникли на первых эпохах существования Вселенной, когда в ней господствовали условия, благоприятствующие формированию звезд Вольфа-Райе и других особо крупных светил. Последующие открытия следов фтора в далеких древних галактиках, как надеются Франко и его коллеги, помогут им подтвердить эту теорию.