Посмотрите на ингредиенты на тюбике зубной пасты. Вероятно, вы прочитаете что-то вроде «содержит фторид натрия». Фтор, как вы, наверное, знаете, важен для здоровья зубов. Он укрепляет эмаль, твердый защитный слой вокруг зуба и помогает предотвратить образование кариеса. Вы можете не углубляться в состав зубной пасты. Но, как и все вещи на Земле, фторид (и история вашей улыбки) имеет космическое происхождение. Профессор астрофизики и научный сотрудник Королевского общества в Центре астрофизических исследований университета Хартфордшира Джеймс Гич и его коллеги опубликовали статью в Nature Astronomy, которая проливает на это свет. Практически все природные элементы сформировались в истории Вселенной очень давно. Водород — самый старый элемент: он образовался вскоре после Большого взрыва (около 14 миллиардов лет назад). В течение нескольких минут после Большого взрыва легкие элементы — гелий, дейтерий и литий — образовались в процессе нуклеосинтеза. С тех пор почти все остальные элементы были созданы в процессах, связанных с жизнью и смертью звезд. Но эти звезды не всегда находились рядом. Ученые до сих пор не знают точно, когда во Вселенной загорелись первые звезды, но, вероятно, этого не произошло даже через 100 миллионов лет после взрыва. До этого Вселенная была заполнена водородным туманом, смешанным с таинственным невидимым веществом, которое астрономы называют темной материей. Этот туман был не гладким, а волнистым, местами немного плотным. Именно эти области начали сжиматься или «схлопываться» под действием силы тяжести, образуя первые галактики. Там, где газ стал достаточно плотным, звезды загорелись и осветили Вселенную. Следующие несколько миллиардов лет были временем быстрого роста: скорость звездообразования резко возросла, пока не достигла пика восемь-десять миллиардов лет назад. С того «космического расцвета» общая скорость звездообразования снизилась. Вот почему астрономы так интересуются ранними этапами истории космоса: то, что произошло тогда, сформировало то, что мы видим вокруг сегодня. Несмотря на наличие большого объема информации об ускорении роста галактик с точки зрения звездообразования, у ученых относительно мало данных об их химической эволюции в ранние времена. Это действительно важно, так как по мере жизни и смерти звезд производимые ими элементы рассеиваются по галактике и за ее пределами. Много лет спустя из некоторых этих элементов могут образоваться новые планеты, подобные нашей. Стремительная эволюция Джеймс Гич с коллегами наблюдали далекую галактику под названием NGP-190387 с помощью атакамской большой решетки миллиметрового диапазона или просто комплекса радиотелескопов ALMA. Комплекс улавливает свет с длиной волны около одного миллиметра. Это позволяет видеть свет, излучаемый холодной пылью и газом в далеких галактиках. Ученым удалось выявить нечто неожиданное: провал в свете на длине волны ровно 1,32 миллиметра. Это точно соответствует длине волны, на которой молекула фтороводорода (HF), состоящая из атома водорода и атома фтора, поглощает свет (с учетом сдвига длины волны, который происходит из-за расширения Вселенной). Дефицит света предполагает наличие в галактике облаков фтористого водорода. Этому свету потребовалось более 12 миллиардов лет, чтобы достичь нас, и мы видим галактику такой, какой она была, когда Вселенной было 1,4 миллиарда лет. Это дает информацию о том, как галактики впервые обогатились химическими элементами вскоре после своего первого образования. Даже в это раннее время NGP-190387 имела высокое содержание фтора. Ученые наблюдали и другие элементы в далеких галактиках, такие как углерод, азот и кислород, но это первый случай, когда фтор был обнаружен в галактике, образующей звезды на таком расстоянии. Чем больше разнообразия элементов в ранних галактиках, тем лучше понимается процесс химического обогащения в то время. Известно, что фтор может производиться по-разному: например, при взрывах звезд, называемых сверхновыми, и в некоторых звездах асимптотической ветви гигантов — красных сверхгигантских звезд, срок жизни которых приближается к концу, поскольку они сожгли большую часть водорода и гелия в своих ядрах, а теперь раздуваются в размерах. Модели образования элементов в звездах и сверхновых могут указать, сколько фтора следует ожидать от этих источников. Исследователи обнаружили, что содержание фтора в NGP-190387 было слишком высоким, чтобы его можно было объяснить только сверхновыми звездами и асимптотическими звездами ветви гигантов. Требовался дополнительный источник, и это, вероятно, другой тип звезд, названный в честь Вольфа-Райе. Звезды Вольфа-Райе довольно редки — их всего несколько сотен, и они внесены в каталог Млечного Пути. Звезды Вольфа-Райе — это этап жизненного цикла очень массивных звезд, масса которых более чем в десять раз превышает массу нашего Солнца. Приближаясь к концу своей короткой жизни, эти звезды сжигают гелий в ядрах и становятся в миллионы раз ярче Солнца. Необычно то, что такие звезды потеряли водородную оболочку из-за сильных ветров, оставив гелиевое ядро открытым. В итоге они взорвутся, разрушив ядра. Когда Гич со своей командой исследователей добавили к модели количество фтора, ожидаемого от звезд Вольфа-Райе, они наконец смогли учесть падение света от NGP-190387. Это свидетельствует о том, что рост галактик происходил на удивление быстро в ранней Вселенной — безумие звездообразования и химического обогащения. Данные процессы закладывают основы Вселенной, которую мы видим сегодня, и эта работа дает новое понимание детальной астрофизики, процессы которой происходили более 12 миллиардов лет назад. Но, пожалуй, главный вывод заключается в том, что история вашей улыбки такая же древняя, как само время. По материалам статьи «Your smile’s cosmic history: we discovered the origin of fluoride in early galaxies» The Conversation