Как SPHEREx и JWST помогут найти первые звезды Вселенной

Десятилетия поисков первых звёзд Вселенной — объектов населения III — в отдельных галактиках дали лишь несколько потенциальных кандидатов. Статистически надёжной картины демографии этих светил в самых маломассивных системах до сих пор нет.

Линейное картирование интенсивности (line intensity mapping, LIM) предлагает альтернативную стратегию: оно измеряет флуктуации совокупного излучения всей галактической популяции, включая самые тусклые источники. Такой подход особенно хорошо подходит для эпохи первых звёзд.

Недавний запуск космической обсерватории SPHEREx и быстрое развитие ряда дополнительных LIM-исследований создают условия для получения первых ограничений на места звездообразования при высоком красном смещении. Авторы новой работы, опубликованной на arXiv (препринт 2607.28713), расширили аналитическую модель Zeus21/oLIMpus, добавив в неё звёзды населения III и эмиссионные линии H? и HeII — диагностические признаки звездообразования с малой металличностью и верхне-тяжёлой начальной массовой функцией (IMF).

Исследователи разработали гибкую схему оценки погрешностей, связанных с конфигурацией инструментов и обзоров, и применили её для изучения LIM-сигнатур первых звёзд в смоделированных наблюдениях SPHEREx и гипотетических инструментов следующего поколения. Была количественно оценена чувствительность сигнала LIM к вариациям параметров звёзд населения II и III.

Составлены прогнозы совместных ограничений на эффективность звездообразования (SFE) и форму IMF для звёзд населения III с использованием данных SPHEREx. Согласно выводам, для всестороннего исследования теоретического ландшафта звёзд населения III — как классических, так и экзотических моделей — потребуются инструменты следующего поколения. Авторы также определили направления улучшения конструкции приборов, которые позволят провести такие наблюдения.

Дополнительно выполнен анализ Фишера для оценки синергии между SPHEREx и космическим телескопом James Webb (JWST). Результаты показывают, что совместные ограничения на эффективность звездообразования первых звёзд и возможные расширения стандартных моделей населения III могут быть достижимы уже в ближайшие годы.