Исследования в области ядерной астрофизики показали, что элементы, включающие углерод и более тяжелые, чем он есть во Вселенной, образуются в звездах. Но первые звезды, родившиеся вскоре после Большого взрыва, не содержали таких тяжелых элементов, которые астрономы называют "металлами". Следующее поколение звезд содержало лишь небольшое количество тяжелых элементов, произведенных первыми звездами. Чтобы понять Вселенную в ее зачаточном состоянии, исследователям необходимо изучить эти бедные металлом звезды.

К счастью, эти звезды второго поколения, бедные металлами, наблюдаются в нашей галактике Млечный Путь, и были изучены командой сотрудников Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU), чтобы приблизиться к физическим свойствам первых звезд во Вселенной.

Команда, возглавляемая приглашенным младшим научным сотрудником Кавли ИПМУ и доцентом Токийского института физики интеллекта Тилманом Хартвигом, в том числе приглашенным младшим научным сотрудником Национальной астрономической обсерватории Японии, доцентом Михо Исигаки, приглашенным старшим научным сотрудником Университета Хартфордшира, профессором Чиаки Кобаяси, приглашенным старшим научным сотрудником Национальной астрономической обсерватории Японии. Профессор Нозому Томинага и приглашенный старший научный сотрудник и почетный профессор Токийского университета Кеничи Номото использовали искусственный интеллект для анализа содержания элементов в более чем 450 звездах с крайне низким содержанием металлов, наблюдаемых на сегодняшний день. Основываясь на недавно разработанном алгоритме контролируемого машинного обучения, обученном теоретическим моделям нуклеосинтеза сверхновых, они обнаружили, что 68% наблюдаемых звезд с крайне низким содержанием металлов имеют химический отпечаток, соответствующий обогащению несколькими предыдущими сверхновыми.

Результаты команды дают первое количественное ограничение, основанное на наблюдениях за множественностью первых звезд.

"До сих пор множественность первых звезд была предсказана только с помощью численного моделирования, и до сих пор не было возможности проверить теоретическое предсказание с помощью наблюдений", - сказал ведущий автор исследования Хартвиг. "Наш результат предполагает, что большинство первых звезд сформировались в небольших скоплениях, так что множественные их сверхновые могут способствовать обогащению металлами ранней межзвездной среды", - сказал он.

"Наш новый алгоритм предоставляет отличный инструмент для интерпретации больших объемов данных, которые мы будем получать в следующем десятилетии из текущих и будущих астрономических исследований по всему миру", - сказал Кобаяси, также научный сотрудник Leverhulme.

"На данный момент доступные данные о старых звездах являются верхушкой айсберга в окрестностях Солнца. Спектрограф Prime Focus, ультрасовременный многообъектный спектрограф на телескопе Subaru, разработанный международным сотрудничеством под руководством Кавли ИПМУ, является лучшим инструментом для обнаружения древних звезд во внешних областях Млечного Пути далеко за пределами солнечной системы", - сказал Исигаки.

Новый алгоритм, изобретенный в этом исследовании, открывает возможность максимально использовать разнообразные химические отпечатки в звездах с низким содержанием металлов, обнаруженных спектрографом Prime Focus.

"Теория первых звезд говорит нам, что первые звезды должны быть более массивными, чем Солнце. Естественным ожиданием было то, что первая звезда родилась в газовом облаке, масса которого в миллион раз превышала массу Солнца. Однако наше новое открытие убедительно свидетельствует о том, что первые звезды рождались не поодиночке, а формировались как часть звездного скопления или двойной или множественной звездной системы. Это также означает, что мы можем ожидать гравитационных волн от первых двойных звезд вскоре после Большого взрыва, которые могли бы быть обнаружены будущими миссиями в космосе или на Луне", - сказал Кобаяси.