Najstarsza gwiazda, która narodziła się tuż po Wielkim Wybuchu

Digital Sky Survey
W samym centrum najstarsza znana gwiazda SMSS J031300.36-670839.3
Źrodło: Digital Sky Survey
Grupa naukowców z Australian National University (ANU) odkryła najstarszą, znaną nam  gwiazdę we Wszechświecie. Gwiazda ta narodziła się 13.7 miliarda lat temu, czyli krótko po Wielkim Wybuchu, jako gwiazda drugiej generacji, wkrótce po tym, gdy eksplodowały pierwsze gwiazdy jako supernowe. Odkrycie pozwala astronomom po raz pierwszy zbadać skład chemiczny pierwotnych gwiazd. Dzięki temu dowiemy się jakie warunki panowały na początku Wszechświata.

Gwiazda została odkryta przy wykorzystaniu teleskopu SkyMapper należącego do ANU stojącego w Siding Spring Observatory. Teleskop ten, w ramach 5-cio letniego projektu sporządzenia pierwszej, cyfrowej mapy nieba południowego, ma również za zadanie poszukiwać starych gwiazd. Nowo odkryta staruszka znajduje się około 6000 lat świetlnych od Ziemi (ok. 2kpc, czyli w naszej Galaktyce), widoczna jest w konstelacji Hydrus (Wąż Wodny) na niebie południowym jako obiekt o wielkości 14.7 mag.

Jest to jedna z, bagatela, 60 milionów gwiazd sfotografowanych przez SkyMappera w pierwszym roku swojego działania. Trochę to przypomina poszukiwanie igły w stogu siana, ale jest dużo łatwiejsze dzięki unikalnym możliwościom SkyMappera, który został tak zaprojektowany, by znajdować gwiazdy o małej zawartości żelaza. Wśród 60 mln przebadanych widm, szukano obiektów o niskiej zawartości pierwiastków ciężkich. Wyseekcjonowaną próbkę "podejrzanych" obiektów obserwowano teleskopem Magellana. Odkryta gwiazda zawiera 10 milionow razy mniej żelaza niż nasze Słońce - to najuboższa w żelazo znana gwiazda. To zakwalifikowało ją jako gwiazdę drugiej generacji.

Odkrycie najstarszej gwiazdy zostało potwierdzone przez teleskop Magellana w Chile. Gwiazda otrzymała oznaczenie SMSS J031300.36-670839.3 (w skrócie SM0313).  Tak naprawdę nie wiadomo ile lat ma SM0313, ale przynależność do obiektów 2-iej generacji czyni ją niemal "tak starą jak Wszechświat".

Pierwsze gwiazdy żyły szybko i umierały młodo. Były dziesiatki - setki razy masywniejsze niż nasze Słońce. Nie przetrwały do naszych czasów. Gwiazda SM0313 należy do drugiej generacji gwiazd, których masa jest rzędu masy naszego Słońca, lub nawet nieco mniejsza, za to długość ich życia rozciąga się na ponad 13 miliardów lat.

Do zbudowania gwiazdy podobnej do Słońca potrzebne są wodór i hel pochodzące z Wielkiego Wybuchu oraz duża ilość żelaza – mniej więcej tyle co 1000 razy masa Ziemi. W przypadku nowo odkrytej starej gwiazdy, żelaza jest bardzo mało, jego masa odpowiada zaledwie asteroidzie o wielkości Australii, natomiast widmo wskazuje na bardzo dużą zawartość węgla (rys.2). Taki skład sugeruje, że nasza staruszka powstała z materii gwiazdy pierwotnej o masie około 60 mas Słońca.


Skład chemiczny mówi nam bardzo dużo o tym jak ewoluowały i umierały pierwsze gwiazdy we Wszechświecie. Dotychczas uważano, że pierwotne gwiazdy umierały w wyniku bardzo gwałtownej eksplozji, która prowadziła do rozrzucenia żelaza na stosunkowo duże obszary. Jednak skład chemiczny nowo odkrytej gwiazd wskazuje, że były to głównie lżejsze pierwiastki takie jak węgiel i magnez, natomiast nie było tam żelaza. W odkrytej gwieździe jest ponad 1000 razy więcej węgla niż żelaza. Wysunięto więc teorię formowania gwiazd konkurencyjną w stosnku do obecnie obowiazującej.


Jeśli odkryta gwiazda powstała z materii bogatej w węgiel a ubogiej w żelazo, to być może energia wybuchu pierwotnej gwiazdy była znacznie mniejsza niż do tej pory sądzono. W czasie tego niezbyt silnego wybuchu pierwsze gwiazdy odrzucały jedynie zewnętrzne warstwy bogate w węgiel, a żelazo znajdujące się w jądrze gwiazdy pozostało tam, nie uległo rozproszeniu w ośrodku. Gwiazda uległa zniszczeniu, ale jej jądro pochłonęła czarna dziura powstała na skutek wybuchu.

Badanie gwiazd 2-giej generacji  pozwala wnioskować na temat ewolucji ich poprzedników i posłużyć do wyjaśnienia rozbieżności między tym co obserwujemy a przewidywaniami teorii Wielkiego Wybuchu.

Odkrycie zostało opisane na łamach czasopisma Nature: A single low-energy, iron-poor supernova as the source of metals in the star SMSS J031300.36−670839.3

Hubert Siejkowski | Źródło: sciencedaily.com

Liczba odsłon: 5344


W widmie SMSS J031300.36-670839.3 trudno dostrzec jakiekolwiek linie absorpcyjne. Dobrze widać jedynie linie wodoru oraz węgla na 4300A oraz linie pochodzące z ziemskiej atmosfery na 5800A i 6300A (powstałe na skutek przechodzenia światła przez atmosferę Ziemi).
Źrodło: Anna Frebel.



Dr Stefan Keller, kierownik badań nad najstarszą gwiazdą, przy teleskopie SkyMapper.
Źródło: Image courtesy of The Australian National University