Στα όρια του δυνατού: Βρέθηκε «απολίθωμα» από τα πρώτα άστρα του σύμπαντος
Επιστήμονες που λειτουργούν ως «κοσμικοί αρχαιολόγοι» ανακάλυψαν ένα σπάνιο, φτωχό σε σίδηρο άστρο δεύτερης γενιάς, ουσιαστικά ένα απολίθωμα της χημικής εξέλιξης του σύμπαντος. Όπως τα αρχαιολογικά ευρήματα στη Γη αποκαλύπτουν στοιχεία για χαμένες ανθρώπινες γενιές, έτσι και αυτή η παρατήρηση προσφέρει απτές αποδείξεις για το πώς πέθαναν τα πρώτα άστρα, εμπλουτίζοντας χημικά τους διαδόχους τους.
Το άστρο δεύτερης γενιάς, γνωστό ως POP II, εντοπίστηκε στον νάνο γαλαξία Pictor II, περίπου 150.000 έτη φωτός μακριά, στον αστερισμό του Ζωγράφου. Η ανακάλυψη έγινε με τη χρήση της Dark Energy Camera (DECam) στο τηλεσκόπιο Víctor M. Blanco των 4 μέτρων. Το άστρο, που ονομάστηκε PicII-503, περιέχει μόλις το 1/40.000 του σιδήρου που διαθέτει ο Ήλιος —ένα άστρο τρίτης γενιάς, ή αλλιώς POP I. Η εξαιρετικά χαμηλή συγκέντρωση σιδήρου καθιστά το PicII-503 ένα από τα πιο πρωτόγονα άστρα που έχουν εντοπιστεί εκτός του Γαλαξία.
Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι το PicII-503 παρουσιάζει τεράστια υπεραφθονία άνθρακα, με λόγο άνθρακα προς σίδηρο 1.500 φορές μεγαλύτερο από εκείνον του Ήλιου. Αυτή η ιδιαιτερότητα αντικατοπτρίζει τη χαρακτηριστική χημική υπογραφή παρόμοιων άστρων στα εξωτερικά όρια του Γαλαξία.
«Οι ανακαλύψεις αυτού του είδους αποτελούν κοσμική αρχαιολογία, αποκαλύπτοντας σπάνια αστρικά απολιθώματα που διατηρούν τα αποτυπώματα των πρώτων άστρων του σύμπαντος», δήλωσε ο Chris Davis, διευθυντής προγράμματος του National Science Foundation για το NOIRLab.
Η γέννηση των πρώτων άστρων
Τα πρώτα άστρα του σύμπαντος, γνωστά ως POP III, σχηματίστηκαν όταν η χημική σύσταση του σύμπαντος περιοριζόταν σε υδρογόνο, ήλιο και ελάχιστα βαρύτερα στοιχεία —τα λεγόμενα «μέταλλα». Αυτά τα άστρα κυριαρχούνταν από υδρογόνο και πολύ λίγο ήλιο, ενώ τα μέταλλα ήταν σχεδόν ανύπαρκτα.
Στους πυρήνες τους δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά στοιχεία όπως ο άνθρακας και ο σίδηρος, τα οποία απελευθερώθηκαν στο διαστρικό χώρο όταν τα άστρα αυτά εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς (supernovae). Τα νέφη αερίων και σκόνης που εμπλουτίστηκαν με αυτά τα στοιχεία γέννησαν τη δεύτερη γενιά άστρων, τα POP II, τα οποία λειτουργούν ως «χρονοκάψουλες» της χημικής εξέλιξης του σύμπαντος.
«Η ανακάλυψη ενός άστρου που διατηρεί καθαρά τα βαρέα στοιχεία των πρώτων άστρων θεωρούνταν σχεδόν αδύνατη, λόγω της σπανιότητάς τους», ανέφερε ο επικεφαλής της έρευνας, Anirudh Chiti, από το Πανεπιστήμιο Stanford. «Με τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε σίδηρο που έχει ποτέ καταγραφεί σε νάνο γαλαξία, το PicII-503 ανοίγει ένα παράθυρο στην αρχική παραγωγή στοιχείων στο πρώιμο σύμπαν».
Η χαρτογράφηση του αρχαίου σύμπαντος
Το PicII-503 είναι το πρώτο επιβεβαιωμένο παράδειγμα άστρου POP II που εντοπίστηκε σε αμυδρό νάνο γαλαξία. Η αναγνώρισή του έγινε μέσω της έρευνας MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK), μιας εκστρατείας παρατηρήσεων διάρκειας 54 νυχτών, σχεδιασμένης για τον εντοπισμό των αρχαιότερων και πιο χημικά πρωτόγονων άστρων στον Γαλαξία και στους συνοδούς του.
«Χωρίς τα δεδομένα του MAGIC, δεν θα μπορούσαμε να απομονώσουμε αυτό το άστρο ανάμεσα στις εκατοντάδες άλλες πηγές στον νάνο γαλαξία Pictor II», σημείωσε ο Chiti.
Η ομάδα συνέδεσε τα δεδομένα του MAGIC με παρατηρήσεις από το Very Large Telescope (VLT) στην έρημο Ατακάμα της Χιλής και το τηλεσκόπιο Baade Magellan. Οι μετρήσεις αποκάλυψαν τις χαμηλότερες συγκεντρώσεις σιδήρου και ασβεστίου που έχουν καταγραφεί ποτέ εκτός του Γαλαξία, επιβεβαιώνοντας ότι το PicII-503 αποτελεί το πρώτο δείγμα χημικού εμπλουτισμού σε νάνο γαλαξία.
Στοιχεία από τις πρώτες εκρήξεις
Μια πιθανή εξήγηση για τον εξαιρετικά χαμηλό λόγο σιδήρου προς άνθρακα είναι ότι οι υπερκαινοφανείς των άστρων POP III ήταν χαμηλής ενέργειας. Έτσι, τα ελαφρύτερα στοιχεία, όπως ο άνθρακας, εκτινάχθηκαν στο διάστημα, ενώ τα βαρύτερα, όπως ο σίδηρος, παρέμειναν στα υπολείμματα της έκρηξης.
Το γεγονός ότι το PicII-503 εντοπίζεται σε έναν από τους μικρότερους γνωστούς νάνους γαλαξίες —με ασθενή βαρυτική επίδραση— ενισχύει αυτή την υπόθεση. «Αυτό που με συναρπάζει περισσότερο είναι ότι παρατηρούμε το αποτέλεσμα της αρχικής δημιουργίας στοιχείων σε έναν πρωτογενή γαλαξία», πρόσθεσε ο Chiti. «Η παρατήρηση συνδέεται άμεσα με τα χαρακτηριστικά των πιο φτωχών σε μέταλλα άστρων του Γαλαξία, αποκαλύπτοντας τη σχέση τους με τα πρώτα άστρα του σύμπαντος».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Astronomy.