Prieš milijardus metų Visata buvo apgaubta tamsos. Tik įsižiebus pirmosioms žvaigždėms erdvė tapo skaidri, o šviesa galėjo laisvai sklisti.
Paradoksalu, tačiau nė viena iš pačių pirmųjų žvaigždžių, vadinamų III populiacijos žvaigždėmis, iki šiol dar nebuvo tiesiogiai aptikta.
Dabar astronomai praneša radę artimiausią įmanomą „pakaitalą“: žvaigždę, kurios cheminė sudėtis tokia skurdi, kad ji, tikėtina, susiformavo netrukus po tos kartos, kuri iš esmės pakeitė Visatos raidą.
Tokios žvaigždės priskiriamos II populiacijai ir yra itin retos. Mokslininkų ypač sudomino žvaigždė „PicII-503“ – tai mažiausiai geležies turinti žvaigždė, kada nors rasta už Paukščių Tako ribų. Ji aptikta senovinėje nykštukinėje galaktikoje, kurios amžius siekia daugiau nei 10 mlrd. metų.
„Aptikti žvaigždę, kuri vienareikšmiškai išsaugo pirmųjų žvaigždžių pagamintų sunkiųjų elementų pėdsakus, buvo beveik ties riba to, ką manėme esant įmanoma, turint omenyje, kokie reti yra tokie objektai“, – teigė Stanfordo universiteto astrofizikas Anirudhas Chiti.
„Kadangi II populiacijos nykštukinėse itin blankiose galaktikose dar niekada nebuvo nustatytas toks mažas geležies kiekis, „PicII-503“ suteikia precedento neturintį langą į pirminę elementų gamybą ankstyvoje sistemoje“, – pridūrė jis.
Visata neturi centro, todėl, jeigu pirmosios žvaigždės vis dar egzistuotų, jos turėtų būti pasiskirsčiusios gana tolygiai. Vis dėlto mokslininkai mano, kad III populiacijos žvaigždės buvo gerokai masyvesnės nei šiandien matomos, todėl jų gyvenimas turėjo būti labai trumpas.
Ankstyvojoje Visatoje medžiaga, iš kurios formavosi žvaigždės, buvo beveik vienalytė – daugiausia vandenilis ir helis. Tačiau žvaigždėms užgimus jų gelmėse prasidėjo branduolinės reakcijos, kurių metu atomai buvo jungiami, kol susidarydavo elementai net iki geležies.
Kai žvaigždėse baigdavosi branduoliniam sintezės procesui reikalinga „kuro“ atsarga, jos sprogstant išmesdavo į aplinką susidariusius elementus. Be to, supernovų sprogimai yra ypač ekstremalios „krosnys“, kuriose susiformuoja ir už geležį sunkesni elementai.
Šie sunkesni elementai – astronomų vadinami „metalais“ – vėliau įsimaišo į dujas, iš kurių formuojasi naujos kartos žvaigždės. Kuo žvaigždė jaunesnė, tuo daugiau joje metalų. Kuo ji senesnė, tuo metalų joje mažiau.
„PicII-503“ yra maždaug už 150 tūkst. šviesmečių. Ji priklauso mažai, blankiai nykštukinei galaktikai „Pictor II“, skriejančiai aplink Paukščių Taką. „Pictor II“ priskiriama vadinamosioms fosilinėms galaktikoms: joje esančios žvaigždės yra itin senos, o naujų žvaigždžių formavimasis ar „šviežių“ žvaigždžių prisijungimas nevyko milijardus metų.
Dėl šios priežasties tai – puiki vieta ieškoti žvaigždžių, kurios galėjo susiformuoti iš medžiagos, praturtintos pačių pirmųjų žvaigždžių „pelenais“. Būtent taip elgėsi A. Chiti ir jo kolegos.
Tyrėjai rėmėsi „MAGIC“ apžvalgos duomenimis, surinktais naudojant „US National Science Foundation“ „Víctor M. Blanco“ 4 metrų teleskopo „Dark Energy Camera“ kamerą. Jie ieškojo žvaigždžių, kuriose metalų kiekis būtų ypač mažas.
„PicII-503“ iš karto išsiskyrė. Išanalizavus jos spektrą nustatyta, kad žvaigždėje geležies yra apie 43 tūkst. kartų mažiau nei Saulėje, o kalcio – apie 160 tūkst. kartų mažiau. Tuo pat metu anglies gausa buvo neįprastai didelė – santykinai apie 3 tūkst. kartų didesnė, lyginant su tais elementais.
Tyrėjų teigimu, toks menkas sunkiųjų elementų kiekis geriausiai dera su aiškinimu, kad tai II populiacijos žvaigždė, susiformavusi iš dujų, kurias praturtino pačios pirmosios žvaigždės.
Šis disbalansas yra svarbi užuomina: jis leidžia manyti, kad žvaigždė gimė iš neįprastai silpnos supernovos likučių. Tokiu atveju sunkesni elementai, kaip geležis ir kalcis, galėjo „sukristi“ atgal į sprogimo liekaną, o lengvesni, pavyzdžiui, anglis, ištrūko į aplinkinę erdvę.
Jeigu supernova būtų buvusi didesnės energijos, elementai būtų išsviesti tokiu greičiu, kad mažai galaktikai, tokiai kaip „Pictor II“, jų nepavyktų išlaikyti – tuomet „PicII-503“ greičiausiai apskritai nebūtų galėjusi susiformuoti.
Toks atradimas gali padėti geriau suprasti ir senąsias žvaigždes, slypinčias Paukščių Tako hale. Per savo istoriją Paukščių Takas „sugėrė“ daug mažesnių galaktikų ir šis procesas tebevyksta. Galiausiai panašus likimas gali ištikti ir „Pictor II“.
„Labiausiai mane jaudina tai, kad pamatėme patį pirmųjų elementų gamybos rezultatą pirmykštėje galaktikoje – tai fundamentaliai svarbus stebėjimas“, – sakė A. Chiti.
„Tai taip pat aiškiai susieja signalą, kurį matome Paukščių Tako halės mažiausio metalingumo žvaigždėse, su jų kilme ir rodo, kad šie objektai buvo praturtinti pirmųjų žvaigždžių suformuotais elementais“, – pridūrė jis.
Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Nature Astronomy.
