Вчені змогли заглянути у найстарші зірки Всесвіту, провівши експерименти з ядерного синтезу в підземній лабораторії, розташованій на глибині 2,4 км під китайськими горами Цзіньпін, пише Vice.

Одним з найбільших завдань в астрономії є спостереження за першими зірками, які коли-небудь сяяли в космосі, відомими як Популяція III. Вчені вважають, що це початкове покоління зірок спалахнуло десь через 100-250 мільйонів років після Великого вибуху, а потім швидко вигоріло і вибухнуло у вигляді величезних наднових.

Люди ніколи не бачили зірок Популяції III, але вчені помітили зірки, які народилися з їхніх елементів. Одна з таких зірок під назвою SMSS0313-6708 світить вже 13,6 мільярда років, що робить її однією з найстаріших зірок, коли-небудь помічених людьми. Розташована всього в 6 000 світлових років від Землі, стародавня зірка спантеличила вчених тим, що містить вищу концентрацію елемента кальцію, ніж очікувалося для зірки з раннього Всесвіту.

Тепер вчені на чолі з дослідником Пекінського педагогічного університету Ліонг Чжаном відтворили важливу ядерну реакцію, яка пояснює виробництво важких елементів, таких як кальцій, у стародавніх зірках. Команда провела експеримент в Китайській підземній лабораторії Цзіньпіна (CJPL) – підземному тунелі, розташованому під 2400 метрами вертикальної скелі, який є найглибшою діючою лабораторією для експериментів з фізики елементарних частинок і ядерної фізики у світі.

Чжан і його колеги виявили, що певна реакція, яка виробляє версію елемента неону, може бути в 7,4 раза поширенішою в Популяції III у порівнянні з попередніми оцінками. Знахідка пояснює високий вміст кальцію в SMSS0313-6708 і забезпечує оновлене вимірювання цієї вирішальної реакції, яка була раніше недоступна в наземних лабораторіях, згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nature.

«Зірки – це ядерні кузні космосу, відповідальні за створення більшості елементів у Всесвіті важче гелію, – пише команда Чжана в дослідженні. – Деякі з цих елементів створюються в серцях зірок протягом мільярдів років, тоді як інші утворюються всього за кілька секунд під час смерті масивних зірок».

Іншими словами, кожне нове покоління зірок збагачується важкими металами, виробленими їхніми предками, а потім повертає цикл вперед, засіваючи Всесвіт новою порцією складних важких елементів. Зірки Популяції III майже повністю складалися з легких елементів водню і гелію, але їхня смерть створила важчі елементи, які увійшли до складу таких зірок, як SMSS0313-6708.

«SMSS0313-6708 – це ультра-бідна на метали зірка, яка, як припускають, є прямим нащадком першого покоління зірок у Всесвіті, що утворилися після Великого вибуху, – зазначила команда Чжана. – Її склад є капсулою часу для вивчення середовища до того, як сформувалися перші галактики, доповнюючи захоплюючі майбутні спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба, який зараз націлений на те, щоб дати перший погляд на найдавніші зірки та галактики».

Перед вченими стояло завдання скористатися перевагами підземного розташування лабораторії, що захищає її від космічного випромінювання, яке досягає Землі та заважає роботі точних приладів, для дослідження реакцій ядерного синтезу. Експерименти, які проводилися глибоко під землею, викрили механізми, які керують виробництвом елементів глибоко всередині зірок — в тому числі Популяції III.