Кратко — какие следы и какими методиками их ищут.
Наблюдательные следы, оставленные первыми звёздами (Pop III):
- Химические «исчезающие» отпечатки в последующих звёздах (фоссилии): аномальные элементные отношения в звёздах очень низкого металличества — например, звёздах с $[Fe/H]<-3$ и особенно $[Fe/H]\lesssim -4$. Типичные признаки: повышенный $[C/Fe]$ (CEMP-звёзды), дефицит тяжёлых (r- и s‑процесс) элементов, «нечётный–чётный» (odd–even) эффект для PISN‑взрывов и специфические соотношения $[Mg/Fe],[Ca/Fe],[Zn/Fe]$ в зависимости от массы взорвавшегося Pop III. Эти паттерны отражают нуклеосинтез в отдельных Pop III и их суперновых.
- Следы парно‑невозможных сверхновых (Pair‑Instability SNe): очень характерные спектрально‑химические выходы — сильный odd–even эффект и отсутствие/малое количество элементов тяжелей железа; если газ был обогащён PISN, потомки покажут специфические соотношения элементов.
- Металлы в межгалактической среде (IGM) и в погружённых облаках: обнаружение металлизации Lyman‑α леса и DLA на высоких z (наличие C IV, Si IV и т.д.) указывает на раннее обогащение Pop III.
- Ионизационные и фотонные следы: жёсткое ионизирующее излучение Pop III (горячие звёзды, очень коротковолновые FUV) могло ускорить ионизацию/нагрев ранней Вселенной — вклад в оптическую глубину рассеяния СМВ $\tau$ и в ход реионизации.
- Линии рекомбинации He II: сильная невозмущённая линия $\mathrm{He}\mathrm{II}\lambda 1640$ от газа, ионизованного очень жёстким спектром, — возможный индикатор Pop III в первичных галактиках.
- Транзиенты и выбросы: PISN дают очень яркие, длительные световые кривые и характерные спектры; также возможны сверхмассивные SN/химические отпечатки в ранних SN.
- 21‑см и радиальные сигналы: влияние Pop III на Lyman‑α фотонное поле, нагревание и ионизацию должно оставлять отпечаток в глобальном 21‑см сигнале и в его флуктуациях.
- Гравитационные волны: слияния массивных чёрных дыр, образованных из массивных Pop III, могут дать BH‑BH события с большими массами (например $\gtrsim 30M_{\odot }$).
Методики и что они ищут сейчас:
- Спектроскопия отдельных очень металло‑бедных звёзд в Галактическом гало и карликовых галактиках:
- что ищут: подробные элементные соотношения (C, N, O, α‑элементы, Fe‑пик, r/s‑элементы) для восстановления типа предшествующей суперновы (Pop III).
- статус: множество EMP и CEMP‑звёзд обнаружено; некоторые спектральные шаблоны согласуются с взрывами Pop III, но однозначного «чистого» Pop III‑наследника не найдено.
- Химический анализ погружённых облаков (DLA, Lyman‑α лес) в спектрах квазаров/грампиков:
- что ищут: металлизацию IGM на высоких $z$, соотношения C/Si/Fe и следы раннего обогащения.
- статус: металлы обнаружены уже при высоких $z$, но трудно выделить вклад исключительно Pop III.
- Сверхглубокие наблюдения и спектроскопия высоко‑z галактик (JWST, ELT):
- что ищут: очень «голубые» UV‑спектры, сильную $\mathrm{He}\mathrm{II}\lambda 1640$ без металличеcких линий, необычно большие эквивалентные ширины Lyman‑α, отсутствие/слабость металлических эмиссионных линий.
- статус: JWST уже обнаружил кандидатов ранних галактик; поиск He II и подтверждение особой химии продолжается.
- Поиск PISN‑транзиентов в глубоких временных сериях (JWST, будущие миссии):
- что ищут: очень яркие, долгие световые кривые и характерные спектры PISN, которые укажут на взрыв массивной Pop III.
- статус: нет надёжных PISN на высоких z пока; поиск продолжается.
- 21‑см эксперименты (EDGES, HERA, SKA и др.):
- что ищут: изменение глобального сигнала и спектра флуктуаций, связанное с Lyman‑α фоновым полем, нагревом и ионизацией от первых звёзд.
- статус: имеются спорные детекции/ограничения; ожидается прорыв с HERA/SKA.
- Гравитационно‑волновая астрономия (LIGO/Virgo/KAGRA, будущие детекторы):
- что ищут: статистику масс и спинов BH‑BH слияний, которые могут указывать на Pop III происхождение (большие массы, низкая металличность).
- статус: некоторые тяжёлые события обнаружены; интерпретация с точки зрения Pop III ещё неврождённа.
Ограничения и сложности:
- Смесь обогащений: газ обычно обогащается несколькими SN, что размывает чистые подписи Pop III.
- Дальние источники слабые; требуются очень глубокие спектры и высокая чувствительность.
- Модельная неопределённость нуклеосинтеза и IMF Pop III ($\sim 10\text{–}1000M_{\odot }$) мешает однозначным выводам.
Коротко: главные следы — специфические элементные паттерны в очень металл‑бедных звёздах и в погружённых облаках, сильная $\mathrm{He}\mathrm{II}\lambda 1640$ и необычные световые кривые PISN, а методы — высоко‑разрешающая спектроскопия отдельных звёзд, абсорбционные спектры DLA/Lyα леса, сверхглубокие JWST/ELT‑наблюдения, 21‑см и гравитационно‑волновые измерения.