Ученые «разрешили» воде появиться в ранней Вселенной

Темные газопылевые туманности ранней Вселенной уже 13 млрд лет назад могли содержать столько же воды, как в их аналогах в нашей Галактике сегодня

Иллюстрация: NASA, ESA, The Hubble Heritage Team

Международная группа ученых на основе химического моделирования показала, что вода в ранней Вселенной могла появиться в значительных количествах уже в течение первого миллиарда лет. С текстом работы можно ознакомиться в архиве Корнелльского университета, она уже принята к публикации в Astrophysical Journal Letters.

В работе моделировалось то, как в первых облаках молекулярного газа, существовавших в ранней Вселенной, могли идти химические реакции между водородом и весьма редким в ту пору кислородом. Выяснилось, что из-за значительно меньшего размера тогдашней Вселенной и более высокой температуры молекулярных облаков, вода должна была нарабатываться намного быстрее, чем считалось ранее. Уже для температуры в 300 кельвин (27 градусов Цельсия) вычисления показали возможность такого же интенсивного образования водяного пара, как наблюдается в нашей Галактике сегодня.

Дополнительными фактором, способствовавшими образованию воды, была высокая плотность первых молекулярных облаков в сравнении с современными. Из-за этого расстояние между молекулами в них было значительно меньше, а вероятность начала химической реакции – существенно больше. К тому же более плотные облака эффективнее защищали образующийся водяной пар от ультрафиолета первых звезд. Из-за чего равновесие между распадом водяного пара и его наработкой, по расчетам авторов, должно было находиться на том же уровне, что и сегодня.

Практически весь кислород, содержащийся в сегодняшней воде, образовался лишь спустя значительное время после Большого Взрыва. Первое поколение звезд должно было породить лишь очень небольшое количество этого газа: в спектре древнейшей известной звезды SMSS J0313-6708, образовавшейся 13,6 миллиардов лет назад, никаких следов кислорода нет. Поэтому в первый миллиард лет истории Вселенной его концентрация в молекулярных облаках была несравнимо ниже, чем сегодня. Даже в самых богатых этим газом районах молодой Вселенной этого элемента было меньше, чем сейчас в самых бедных кислородом регионах Млечного Пути. Группе Лееба впервые удалось показать, что вода могла быстро нарабатываться даже при столь низкой концентрации необходимого «сырья». При этом результаты моделирования требуют независимого, а в идеале — прямого наблюдательного подтверждения. Поскольку вода хорошо поглощает в инфракрасном диапазоне, не исключено, что такие данные могут быть получены в будущем.

Данные о распостранении воды весьма значимы для понимания облика первых галактик, звезд и планет, которые, как сегодня известно, сформировались в тот же первый миллиард лет после Большого Взрыва. Ряд таких планетных систем со временем был инкорпорирован и в нашу Галактику, и сегодня нам известна как минимум одна из них, возрастом в 12,7 миллиардов лет. Если в ранней Вселенной вода действительно была так же распостранена, как сейчас, это означает, что ключевой элемент жизни существовал уже в первых планетных системах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.