Το Discovery of Pristine Star προσφέρει πληροφορίες για το Πρώιμο Σύμπαν

Το Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου. Πίστωση:Wikimedia Commons

Πριν από περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, πριν από τους πλανήτες, πριν ακόμη από τα περισσότερα από τα βαρύτερα στοιχεία που τους αποτελούν, τα πρώτα αστέρια αναφλέγονται στο σύμπαν. Ήταν τεράστιες, φλεγόμενες σφαίρες υδρογόνου και ηλίου - οι πρώτες ύλες από λίγα λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομαζόταν πυρηνοσύνθεση του Big Bang. Όταν αυτοί οι αστρικοί τιτάνες πέθαναν σε κατακλυσμικές σουπερνόβα (απίστευτα φωτεινές, ισχυρές εκρήξεις), έσπειραν το διάστημα με τα πρώτα βαρύτερα στοιχεία:άνθρακα, σίδηρο και τα δομικά στοιχεία βασικά όλων όσων γνωρίζουμε.

Τώρα, οι αστρονόμοι βρήκαν ένα αστέρι που μπορεί να είναι τόσο κοντά όσο έχουμε φτάσει ποτέ στο να δούμε ένα από τα αρχέγονα αστέρια. Γνωστό ως SDSS J0715-7334, βρίσκεται στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, έναν δορυφορικό γαλαξία που περιφέρεται γύρω από τον δικό μας Γαλαξία. Δεν περιέχει σχεδόν καθόλου βαριά στοιχεία—περίπου 0,8 μέρη ανά εκατομμύριο, ή περίπου 20.000 φορές λιγότερο από τον Ήλιο.

Αυτό το καθιστά, σύμφωνα με τα λόγια των ανακαλύψεων του, «την πιο παρθένα σύνθεση από οποιοδήποτε αντικείμενο που είναι γνωστό στο σύμπαν». Το εύρημα, που αναφέρθηκε από τον Alexander Ji και τους συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο σε προεκτύπωση , προσφέρει μια άμεση ματιά στις συνθήκες που ακολούθησαν την πρώτη γενιά αστεριών του σύμπαντος—και πώς γεννήθηκε η επόμενη γενιά.

20.000 φορές πιο καθαρό από τον ήλιο

Ο Τζι και η ομάδα του χτένιζαν τις παρατηρήσεις από το Sloan Digital Sky Survey (SDSS-V) όταν εντόπισαν μια ανωμαλία:ένα αχνό αστέρι χωρίς μέταλλο στο φάσμα του. Αυτή η υπόδειξη έστειλε τους αστρονόμους στα τηλεσκόπια του Μαγγελάνου στη Χιλή, όπου η παρακολούθηση υψηλής ανάλυσης επιβεβαίωσε τις υποψίες τους.

Η περιεκτικότητά του σε σίδηρο είναι μόλις ένα δέκατο χιλιοστό του ποσοστού του Ήλιου και κάθε άλλο στοιχείο βαρύτερο από το ήλιο είναι εξίσου σπάνιο. Με απλά λόγια, αυτό σημαίνει ότι το SDSS J0715-7334 γεννήθηκε από αέριο που είναι σχεδόν εξίσου καθαρό με το αρχικό υδρογόνο και ήλιο του σύμπαντος, που μόλις αγγίχθηκε από τις γενιές των αστέρων που εκρήγνυνται που αργότερα γέμισαν το διάστημα με μέταλλα και σκόνη.

Ακόμη πιο εκπληκτικό, το αστέρι δεν περιέχει ουσιαστικά άνθρακα. «Το J0715-7334 έχει τη χαμηλότερη αφθονία άνθρακα από οποιοδήποτε γνωστό αστέρι», γράφουν οι συγγραφείς. Αυτό σημαίνει ότι από αυτόν τον αρχαίο κόκκινο γίγαντα λείπει ένα από τα βασικά συστατικά που βλέπουν συνήθως οι αστρονόμοι στα "σχεδόν παρθένα" αστέρια.

«Είναι πολύ ωραία ανακάλυψη», είπε η Anke Ardern-Arentsen από το Πανεπιστήμιο του Cambridge, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη, σε μια συνέντευξη στο New Scientist . "Αλλά αυτό που είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον είναι ότι τα περισσότερα [σχεδόν] παρθένα αστέρια που γνωρίζουμε έχουν πολύ άνθρακα, ενώ αυτό δεν έχει."

Εδώ είναι το θέμα. Για να σχηματιστεί ένα μικρό αστέρι όπως το SDSS J0715-7334, το αέριο πρέπει να κρυώσει αρκετά ώστε να καταρρεύσει υπό τη βαρύτητα. Τα άτομα άνθρακα συνήθως βοηθούν εκπέμποντας θερμότητα. Αλλά με τόσο λίγο άνθρακα, κάτι άλλο πρέπει να έχει πάρει τη θέση του.

Σύμφωνα με τον Ji και τους συνεργάτες του, ο πιθανός ένοχος είναι η σκόνη. "Τα σημερινά μοντέλα σχηματισμού αστεριών χαμηλής μάζας μπορούν να εξηγήσουν την ύπαρξη του SDSS J0715-7334 μόνο εάν η ψύξη σκόνης ήταν ήδη σε θέση να λειτουργήσει τη στιγμή του σχηματισμού του", αναφέρει η ομάδα.

The Mystery of Missing Carbon

Γιατί αυτό το αστέρι στερείται άνθρακα, ενώ τα σχεδόν παρθένα ξαδέρφια του στον Γαλαξία δεν έχουν; Οι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι η απάντηση μπορεί να βρίσκεται στο περιβάλλον όπου σχηματίστηκε.

«Τον ερώτημα που τίθεται, τα διαφορετικά περιβάλλοντα σε διαφορετικά μέρη του σύμπαντος ψύχουν τα αέρια τους διαφορετικά στις πρώιμες στιγμές;» ρώτησε η Άννα Φρέμπελ, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, μιλώντας στο Νέος επιστήμονας . "Μπορούμε να κάνουμε την ερώτηση, γιατί το ψύχουν διαφορετικά, αλλά δεν νομίζω ότι έχουμε καλή απάντηση σε αυτό."

Η ομάδα του Ji προτείνει ότι οι συνθήκες στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου μπορεί να επέτρεψαν να κυριαρχήσει ένα διαφορετικό είδος πρώιμης διαδικασίας ψύξης. Στις προσομοιώσεις τους, το SDSS J0715-7334 θα μπορούσε να είχε σχηματιστεί μόνο εάν η ψύξη σκόνης ήταν ήδη ενεργή, που πιθανώς προήλθε από τα υπολείμματα μιας ισχυρής έκρηξης:ενός σουπερνόβα από ένα τεράστιο αστέρι Πληθυσμού ΙΙΙ 30 ηλιακής μάζας.

Ένας Διαγαλαξιακός Ταξιδιώτης

Χρησιμοποιώντας την ταχύτητα και τη θέση του SDSS J0715-7334, η ομάδα του Ji ανακατασκεύασε την τροχιά του αστεριού. Πιθανότατα αναφλέγεται μέσα ή κοντά στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου και αργότερα παρασύρθηκε στο φωτοστέφανο του Γαλαξία. «Ο J0715−7334 είναι επομένως ένας γαλαξιακός μετανάστης, γεννημένος μέσα ή κοντά στο LMC και πρόσφατα αιχμαλωτίστηκε από τον Γαλαξία μας», σημειώνουν οι ερευνητές.

Αυτό το καθιστά ένα από τα πρώτα «απολιθώματα» σχηματισμού άστρων που είναι γνωστό ότι προέρχονται από πέρα από τον γαλαξία μας. Η ανακάλυψή του υποδηλώνει ότι το πρώιμο σύμπαν μπορεί να έχει καλλιεργήσει μια ποικιλία περιβαλλόντων σχηματισμού άστρων—μερικά ικανά να δημιουργήσουν αστέρια φτωχά σε άνθρακα όπως αυτό.

Υπονοεί επίσης ότι τα Νέφη του Μαγγελάνου, τα οποία από καιρό θεωρούνταν ταπεινοί σύντροφοι του Γαλαξία μας, μπορεί να κρύβουν μυστικά για τις πρώτες φάσεις της κοσμικής εξέλιξης.

Τα πρώτα αστέρια του σύμπαντος - τα άπιαστα αστέρια του Πληθυσμού III - δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ άμεσα. Κάηκαν λαμπερά και πέθαναν νέοι, αφήνοντας πίσω τους μόνο ίχνη στα αστέρια που ακολούθησαν. Αλλά με το SDSS J0715-7334, οι αστρονόμοι βρήκαν έναν από τους πιο πειστικούς απογόνους τους μέχρι σήμερα.

Η ομάδα του Ji μοντελοποίησε το χημικό μοτίβο του άστρου και βρήκε ότι ταιριάζει καλύτερα με έναν σουπερνόβα Πληθυσμού III που εξερράγη με ενέργεια περίπου 5 × 1051 ergs. Αυτό είναι αρκετές φορές πιο ισχυρό από μια τυπική αστρική έκρηξη—αρκετή για να διασκορπίσει τα εμπλουτισμένα συντρίμματά του σε μια τεράστια περιοχή του πρώιμου διαστήματος.

Ακόμη και το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb δεν έχει ακόμη εντοπίσει γαλαξίες τόσο πρωτόγονους χημικά. Οι πιο φτωχοί σε μέταλλα γαλαξίες που έχει παρατηρήσει η JWST έχουν μεταλλικότητα περίπου δέκα φορές υψηλότερη. «Θα χρειαστούν ουσιαστικά βαθύτερες παρατηρήσεις γαλαξιών υψηλής μετατόπισης ερυθρών για να αποδειχθεί ότι είναι πραγματικά παρθένοι γαλαξίες κατασκευασμένοι από αστέρια χωρίς μέταλλα», σημειώνει η μελέτη.

Με άλλα λόγια, το SDSS J0715-7334 μπορεί να αντιπροσωπεύει την πλησιέστερη απτή απόδειξη των πρώτων σπινθήρων που φώτισαν τον κόσμο.

Όπως το έθεσε ο Τζι στο συμπέρασμα της ομάδας του:«Η αναζήτηση για αστέρια του πληθυσμού III συνεχίζεται». Όμως, σε έναν αχνό, αρχαίο κόκκινο γίγαντα που παρασύρεται ανάμεσα σε γαλαξίες, οι αστρονόμοι βρήκαν μια σχεδόν τέλεια ηχώ ενός τέτοιου ουράνιου σώματος.