Επιστήμονες που έχουν υιοθετήσει τον ρόλο των «κοσμικών αρχαιολόγων» ανακάλυψαν ένα σπάνιο άστρο δεύτερης γενιάς με έλλειψη σιδήρου, ουσιαστικά ένα απολιθωμένο αρχείο της χημικής εξέλιξης του Σύμπαντος.
Όπως η ανακάλυψη αντικειμένων εδώ στη Γη μας διδάσκει για χαμένες γενιές ανθρώπων, έτσι και αυτή η παρατήρηση παρέχει ισχυρές αποδείξεις για το πώς πέθανε η πρώτη γενιά άστρων ώστε να εμπλουτίσει χημικά τους διαδόχους της. Το άστρο δεύτερης γενιάς, ή POP II, ανακαλύφθηκε στον νάνο γαλαξία Pictor II, που βρίσκεται περίπου 150,000 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Ζωγράφου χρησιμοποιώντας την κάμερα Dark Energy Camera (DECam) που είναι τοποθετημένη στο τηλεσκόπιο Víctor M. Blanco 4 μέτρων.
Το άστρο ονομάζεται PicII-503 και περιέχει μόλις το 1/40.000 του σιδήρου που υπάρχει στον Ήλιο, ο οποίος είναι άστρο τρίτης γενιάς. Το γεγονός ότι το PicII-503 έχει τη χαμηλότερη συγκέντρωση σιδήρου που έχει παρατηρηθεί ποτέ εκτός του γαλαξία μας το καθιστά ένα από τα πιο αρχέγονα άστρα που έχουν ανακαλυφθεί.
Ο άφθονος άνθρακας
Ωστόσο αυτή η έλλειψη δεν είναι το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό του PicII-503. Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι αυτό το άστρο POP II έχει τεράστια περίσσεια άνθρακα με λόγο άνθρακα προς σίδηρο πάνω από 1,500 φορές μεγαλύτερο από τον αντίστοιχο λόγο στον Ήλιο. Αυτή η υπεραφθονία αντικατοπτρίζει τη μοναδική «υπογραφή» άνθρακα των άστρων με χαμηλό σίδηρο που βρίσκονται στην αμυδρή εξωτερική άλω του γαλαξία μας.
«Ανακαλύψεις σαν κι αυτή είναι κοσμική αρχαιολογία, αποκαλύπτοντας σπάνια απολιθωμένα άστρα που διατηρούν τα αποτυπώματα των πρώτων άστρων του Σύμπαντος» δήλωσε ο Κρις Ντέιβις διευθυντής προγράμματος του National Science Foundation για το NOIRLab.
Μια μορφή «μαγείας»
Τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος (POP III) γεννήθηκαν όταν η χημική σύσταση του Σύμπαντος δεν περιλάμβανε τίποτε πέρα από υδρογόνο, ήλιο και ελάχιστα βαρύτερα στοιχεία τα οποία οι αστρονόμοι αποκαλούν συλλογικά «μέταλλα». Αυτό σήμαινε ότι τα άστρα POP III αποτελούνταν κυρίως από υδρογόνο με λίγο ήλιο και σχεδόν καθόλου μέταλλα. Στους πυρήνες τους σχηματίστηκαν τα πρώτα άτομα άνθρακα και σιδήρου, υλικά που διασκορπίστηκαν στο μεσοαστρικό μέσο όταν αυτά τα άστρα εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς στο τέλος της ζωής τους.
Τα μεσοαστρικά νέφη αερίου και σκόνης που εμπλουτίστηκαν με αυτά τα μέταλλα τελικά ψύχθηκαν και κατέρρευσαν δημιουργώντας τη δεύτερη γενιά άστρων άστρα πλουσιότερα σε μέταλλα χάρη στα βαριά στοιχεία που κληρονόμησαν από τους προγόνους τους. Έτσι τα άστρα POP II λειτουργούν σαν χρονοκάψουλες, καταγράφοντας ένα κρίσιμο στάδιο της χημικής εξέλιξης του Σύμπαντος.
«Η ανακάλυψη ενός άστρου που διατηρεί ξεκάθαρα τα βαριά στοιχεία των πρώτων άστρων βρισκόταν στα όρια του εφικτού δεδομένης της εξαιρετικής σπανιότητας αυτών των αντικειμένων. Με τη χαμηλότερη αφθονία σιδήρου που έχει μετρηθεί ποτέ σε έναν υπεραμυδρό νάνο γαλαξία, το PicII-503 μας προσφέρει ένα πρωτοφανές παράθυρο στην αρχική παραγωγή στοιχείων σε ένα πρωταρχικό σύστημα» δήλωσε ο Άνιρουντχ Τσίτι από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ στις ΗΠΑ, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
Η ανακάλυψη
Το PicII-503, το πρώτο επιβεβαιωμένο παράδειγμα άστρου POP II σε αμυδρό νάνο γαλαξία, επισημάνθηκε ως εξαιρετικά φτωχό σε μέταλλα σε δεδομένα της έρευνας MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK) της DECam. Αυτή η εκστρατεία παρατηρήσεων διάρκειας 54 νυχτών σχεδιάστηκε ειδικά για τον εντοπισμό των αρχαιότερων και πιο χημικά πρωτόγονων άστρων στο γαλαξία μας και στους μικρότερους γαλαξίες που είναι δορυφόροι του.
«Χωρίς τα δεδομένα του MAGIC, θα ήταν αδύνατο να απομονώσουμε αυτό το άστρο ανάμεσα στα εκατοντάδες άλλα στην περιοχή του νάνου γαλαξία Pictor II» λέει ο Τσίτι.
Οι ερευνητές συνδύασαν τα δεδομένα του MAGIC με παρατηρήσεις από το Very Large Telescope (VLT) στην έρημο Ατακάμα στη βόρεια Χιλή και το τηλεσκόπιο Baade Magellan για να αποκαλύψουν τις εξαιρετικά χαμηλές αφθονίες σιδήρου και ασβεστίου του PicII-503, τις χαμηλότερες που έχουν παρατηρηθεί εκτός του γαλαξία μας. Αυτό αποκάλυψε ότι το PicII-503 αποτελεί την πρώτη καταγραφή χημικού εμπλουτισμού σε νάνο γαλαξία.
Μια πιθανή εξήγηση για τον εντυπωσιακά χαμηλό λόγο σιδήρου προς άνθρακα στο PicII-503 είναι ότι όταν τα άστρα POP III εξερράγησαν ως υπερκαινοφανείς αυτές οι εκρήξεις είχαν σχετικά χαμηλή ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι ενώ ελαφρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας εκτοξεύθηκαν στο μεσοαστρικό μέσο, τα βαρύτερα στοιχεία όπως ο σίδηρος επέστρεψαν στα υπολείμματα της έκρηξης.
Το φαινόμενο
Το γεγονός ότι το PicII-503 βρίσκεται σε έναν από τους μικρότερους νάνους γαλαξίες που έχουν παρατηρηθεί ποτέ, με αντίστοιχα ασθενή βαρυτική επιρροή, ενισχύει την ιδέα ότι τα άστρα POP III πέθαναν μέσω χαμηλής ενέργειας υπερκαινοφανών.
«Αυτό που με ενθουσιάζει περισσότερο είναι ότι παρατηρήσαμε ένα αποτέλεσμα της αρχικής παραγωγής στοιχείων σε έναν πρωταρχικό γαλαξία, κάτι που αποτελεί θεμελιώδη παρατήρηση! Επιπλέον, συνδέεται καθαρά με το χαρακτηριστικό που έχουμε δει στα άστρα του άλω του Γαλαξία με τη χαμηλότερη μεταλλικότητα, ενώνοντας την προέλευσή τους και τη φύση τους ως αντικείμενα εμπλουτισμένα από τα πρώτα άστρα» αναφέρει ο Τσίτι.
