Naukowcy wcielili się w rolę „kosmicznych archeologów”, aby odkryć rzadką gwiazdę drugiej generacji pozbawioną żelaza, stanowiącą w zasadzie skamieniały zapis ewolucji chemicznej naszego Wszechświata. Tak jak odkrywanie artefaktów tu na Ziemi uczy nas o zaginionych pokoleniach ludzi, tak obserwacja ta dostarcza niezbitych dowodów na to, jak pierwsze pokolenie gwiazd zginęło, aby chemicznie wzbogacić swoich następców.
Druga generacja, czyli POP II, gwiazda odkryto u karła galaktyka Pictor II, położony około 150 000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Pictora, przy użyciu Kamera Ciemnej Energii (DECam) zamontowany na 4-metrowym teleskopie Víctora M. Blanco. Gwiazda, oznaczona jako PicII-503, zawiera tylko 1/40 000 żelaza zawartego w Słońcu, co jest gwiazdą trzeciej generacji lub (nieco myląco) POP I. Fakt, że PicII-503 ma najniższe stężenie żelaza, jakie kiedykolwiek widziano poza Droga Mleczna czyni ją jedną z najbardziej pierwotnych gwiazd, jakie kiedykolwiek odkryto.
Kontynuacja artykułu poniżej
„Takie odkrycia to archeologia kosmiczna, odkrywająca rzadkie skamieliny gwiazd, w których zachowały się odciski palców pierwszych gwiazd wszechświata” – Chris Davis, dyrektor programowy NOIRLab National Science Foundation – napisano w oświadczeniu.
Rodzaj magii
Pierwsze gwiazdy we wszechświecie, czyli gwiazdy POP III, narodziły się, gdy obfitość chemiczna kosmosu nie sięgała dalej niż wodórhel i odrobina cięższych pierwiastków, które astronomowie wspólnie nazywają „metalami”. Oznaczało to, że w tych gwiazdach POP III również dominował wodór z niewielką ilością helu i bardzo małą zawartością metali. Gwiazdy te wytworzyły w swoich jądrach pierwszy węgiel i żelazo, materiał, który został rozprowadzony do ośrodka międzygwiazdowego, gdy gwiazdy te zanikły. supernowa i eksplodował pod koniec ich życia.
Międzygwiazdowe obłoki gazu i pyłu wzbogacone tymi metalami ostatecznie ostygły i zapadły się, tworząc gwiazdy drugiej generacji, które były bardziej bogate w metale dzięki przekazaniu ciężkich pierwiastków od swoich poprzedników. To sprawia, że POP II przypomina kapsułę czasu, rejestrującą ważny etap chemicznego wzbogacania wszechświata.
„Odkrycie gwiazdy, która jednoznacznie zachowuje metale ciężkie z pierwszych gwiazd, znajdowało się na granicy tego, co uważaliśmy za możliwe, biorąc pod uwagę ekstremalną rzadkość tych obiektów” – powiedział w oświadczeniu kierownik zespołu Anirudh Chiti z Uniwersytetu Stanforda. „Dzięki najniższej zawartości żelaza, jaką kiedykolwiek uzyskano w jakiejkolwiek ultrasłabej galaktyce karłowatej, PicII-503 zapewnia wgląd w początkową produkcję pierwiastków w pierwotnym układzie, co jest niespotykane dotąd”.
PicII-503, pierwszy potwierdzony przykład gwiazdy POP II znalezionej w słabej galaktyce karłowatej, został uwydatniony jako gwiazda niezwykle uboga w metale w danych zebranych w ramach przeglądu DECam MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK). To trwające 54 noce przedsięwzięcie obserwacyjne opracowano z wyraźnym celem identyfikacji najstarszych i najbardziej prymitywnych chemicznie gwiazd w Drodze Mlecznej oraz towarzyszących jej galaktyk karłowatych.
„Bez danych z MAGIC niemożliwe byłoby wyizolowanie tej gwiazdy spośród setek innych gwiazd w pobliżu ultrasłabej galaktyki karłowatej Pictor II” – powiedział Chiti.
Chiti i współpracownicy połączyli dane MAGIC z obserwacjami z Bardzo duży teleskop (VLT) na pustyni Atakama w północnym Chile oraz Teleskop Baade Magellan, aby odkryć niewielkie ilości żelaza i wapnia w PicII-503, najniższym obserwowanym poza naszą macierzystą galaktyką. To z kolei ujawniło, że PicII-503 był pierwszym zapisem wzbogacenia chemicznego znalezionym w galaktyce karłowatej.
Jednym z możliwych wyjaśnień szokująco niskiego stosunku żelaza do węgla w PicII-503 jest to, że gdy gwiazdy POP III przechodziły w supernową, eksplozje te miały stosunkowo niską energię. Oznaczałoby to, że podczas gdy lżejsze pierwiastki, takie jak węgiel, zostały wyrzucone do ośrodka międzygwiazdowego, ciężkie pierwiastki, takie jak żelazo, spadły z powrotem do wraku supernowej.
Fakt, że PicII-503 znajduje się w jednej z najmniejszych galaktyk karłowatych, jakie kiedykolwiek widziano, o odpowiednio niskim wpływie grawitacyjnym, potwierdza pogląd, że gwiazdy POP III giną w wyniku supernowych o niskiej energii.
„Najbardziej ekscytuje mnie fakt, że zaobserwowaliśmy wynik bardzo początkowej produkcji pierwiastków w pierwotnej galaktyce, co jest obserwacją fundamentalną!” – powiedział Chiti. „To również wyraźnie łączy się z sygnaturą, którą zaobserwowaliśmy w gwiazdach halo Drogi Mlecznej o najniższej metaliczności, wiążąc ich pochodzenie i naturę tych obiektów wzbogaconą w pierwszą gwiazdę”.
Wyniki badań zespołu opublikowano w poniedziałek (16 marca) w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza.
