Pierwsza generacja gwiazd zasadniczo zmieniła wszechświat, łącząc w swoich jądrach proste pierwiastki, takie jak wodór i hel, w bardziej złożone, a po ich śmierci rozpraszając je w przestrzeni kosmicznej – elementy, które są teraz częścią Ziemi i żywych istot. Niedawno naukowcy odkryli gwiazdę drugiej generacji z innej galaktyki, co zapewnia unikalny wgląd w wczesne procesy formowania się pierwiastków w galaktykach poza Drogą Mleczną.
Nowe wskazówki na temat pochodzenia pierwiastków Wszechświata odkryły gwiazdy z Wielkiego Obłoku Magellana.
Wszechświat został na zawsze zmieniony przez pierwszą generację gwiazd. W ich rdzeniach zasadowy wodór i hel stopiły się, tworząc różnorodny zestaw pierwiastków. Kiedy te gwiazdy dobiegły końca, eksplodowały, rozrzucając nowe pierwiastki po całym kosmosie. Żelazo w twoich żyłach, wapń w twoich zębach i sód zasilający twoje myśli, wszystko to zrodziło się w sercu dawno martwej gwiazdy.
Nikomu nie udało się znaleźć żadnej z gwiazd pierwszej generacji, ale naukowcom ogłoszono wyjątkowe odkrycie: gwiazdę drugiej generacji, która pierwotnie powstała w innej galaktyce niż nasza.
„Gwiazda ta zapewnia wyjątkowy wgląd w bardzo wczesny proces formowania pierwiastków w galaktykach innych niż nasza” – powiedział Anirudh Chiti, doktorant na Uniwersytecie w Chicago i pierwszy autor artykułu ogłaszającego odkrycia. „Stworzyliśmy pogląd, jak wyglądają te gwiazdy, które zostały chemicznie wzbogacone przez pierwsze gwiazdy droga Mlecznaale nie wiemy jeszcze, czy niektóre z tych sygnatur są unikalne, czy też coś wydarzyło się podobnie w innych galaktykach.”
Artykuł ukazał się niedawno w Astronomia przyrodnicza.
„Wyciąganie igieł ze stogów siana”
Chiti specjalizuje się w tak zwanej archeologii gwiazd: rekonstrukcji, w jaki sposób najwcześniejsze pokolenia gwiazd zmieniły wszechświat. „Chcemy zrozumieć, jakie były właściwości tych pierwszych gwiazd i jakie pierwiastki wytworzyły” – powiedział Chiti.
Jednak nikomu nie udało się jeszcze bezpośrednio zobaczyć gwiazd pierwszej generacji, jeśli w ogóle takie istnieją we wszechświecie. Zamiast tego Chiti i jego współpracownicy szukają gwiazd, które powstały z popiołów pierwszego pokolenia.
Wielki Obłok Magellana, galaktyka, która wpadła w naszą przestrzeń miliardy lat temu, może pomóc w odkryciu ewolucji Wszechświata w innych regionach. Powyżej zdjęcia Chmury wykonane w świetle podczerwonym. Źródło: NASA/JPL
To ciężka praca, ponieważ nawet druga generacja gwiazd jest obecnie niezwykle starożytna i rzadka. Większość gwiazd we wszechświecie, w tym nasze słońce, powstaje w wyniku dziesiątek, a nawet tysięcy pokoleń, w których za każdym razem powstają coraz cięższe pierwiastki. „Być może mniej niż 1 na 100 000 gwiazd Drogi Mlecznej to jedna z gwiazd drugiej generacji” – powiedział. „Naprawdę łowisz igły ze stogów siana”.
Ale warto zrobić zdjęcia tego, jak wszechświat wyglądał w przeszłości. „W swoich zewnętrznych warstwach gwiazdy te zachowują pierwiastki w pobliżu miejsc, w których powstały” – wyjaśnił. „Jeśli uda się znaleźć bardzo starą gwiazdę i poznać jej skład chemiczny, można zrozumieć, jaki był skład chemiczny Wszechświata w miejscu powstania tej gwiazdy, miliardy lat temu”.
Intrygująca ciekawostka
Na potrzeby tego badania Chiti i jego współpracownicy skierowali swoje teleskopy na niezwykły cel: gwiazdy tworzące Wielki Obłok Magellana.
Wielki Obłok Magellana to jasny obszar gwiazd widoczny gołym okiem na półkuli południowej. Obecnie uważamy, że była to niegdyś odrębna galaktyka, która zaledwie kilka miliardów lat temu została przechwycona przez grawitację Drogi Mlecznej. To czyni ją szczególnie interesującą, ponieważ jej najstarsze gwiazdy powstały poza Drogą Mleczną, co dało astronomom szansę dowiedzenia się, czy warunki we wczesnym Wszechświecie wyglądały tak samo, czy też były inne w innych miejscach.
Teleskopy Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile, za pomocą których naukowcy mapowali profil pierwiastkowy starożytnych gwiazd. Źródło: Instytut Naukowy Carnegie
Naukowcy poszukiwali dowodów na istnienie tych szczególnie starożytnych gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana i skatalogowali dziesięć z nich, najpierw za pomocą Europejska Agencja Kosmiczna’S Gaja satelitę, a następnie Teleskop Magellana w Chile.
Jedna z tych gwiazd natychmiast wyskoczyła jako osobliwość. Zawierała znacznie, znacznie mniej cięższych pierwiastków niż jakakolwiek inna gwiazda widziana dotychczas w Wielkim Obłoku Magellana. Oznacza to, że prawdopodobnie powstał w następstwie pierwszej generacji gwiazd, a więc nie wytworzył jeszcze cięższych pierwiastków w trakcie powtarzających się narodzin i śmierci gwiazd.
Mapując jej pierwiastki, naukowcy ze zdziwieniem zauważyli, że zawiera ona znacznie mniej węgla niż żelaza w porównaniu z tym, co widzimy w gwiazdach Drogi Mlecznej.
„To było bardzo intrygujące i sugeruje, że być może wzmocnienie węgla w najwcześniejszej generacji, jak widzimy w Drodze Mlecznej, nie było powszechne” – powiedział Chiti. „Będziemy musieli przeprowadzić dalsze badania, ale sugerują one, że istnieją różnice w zależności od miejsca.
„Myślę, że uzupełniamy obraz tego, jak wyglądał wczesny proces wzbogacania pierwiastkami w różnych środowiskach” – powiedział.
Ich odkrycia potwierdziły także inne badania, które sugerowały, że Wielki Obłok Magellana na początku wytworzył znacznie mniej gwiazd w porównaniu z Drogą Mleczną.
Chiti prowadzi obecnie program obrazowania mający na celu sporządzenie mapy dużej części południowego nieba w celu znalezienia najwcześniejszych możliwych gwiazd. „To odkrycie sugeruje, że jeśli przyjrzymy się bliżej, w Wielkim Obłoku Magellana powinno być wiele takich gwiazd” – powiedział. „To naprawdę ekscytujące móc poznać archeologię gwiazd Wielkiego Obłoku Magellana i móc tak szczegółowo odwzorować, w jaki sposób pierwsze gwiazdy chemicznie wzbogaciły Wszechświat w różnych regionach.”
Odniesienie: „Wzbogacanie przez pozagalaktyczne pierwsze gwiazdy w Wielkim Obłoku Magellana” autorstwa Anirudha Chiti, Mohammada Mardiniego, Guilherme Limberga, Anny Frebel, Alexandra P. Ji, Henrique Reggiani, Petera Fergusona, Hillary Diane Andales, Kaley Brauer, Ting S. Li i Joshua D. Simon, 20 marca 2024 r., Astronomia Przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02223-w
