Обнаружена редкая звезда второго поколения, одна из самых примитивных из когда-либо наблюдавшихся
Астрономы сделали важное открытие, которое помогает пролить свет на ранние этапы эволюции Вселенной. Изучая объекты, сохранившие следы первых космических процессов, ученые обнаружили одну из самых примитивных звезд из когда-либо наблюдавшихся. Эта звезда, получившая обозначение PicII-503, была найдена в ультраслабой карликовой галактике Pictor II, расположенной на расстоянии примерно 150 тысяч световых лет от Земли. Она представляет собой своеобразную «капсулу времени», способную рассказать о том, как формировались первые химические элементы.
Открытие стало возможным благодаря использованию Dark Energy Camera (DECam), установленной на телескопе Víctor M. Blanco в Чили. Наблюдения проводились в рамках обзора MAGIC, целью которого является поиск древнейших звезд, бедных металлами. PicII-503 содержит меньше железа, чем любая другая звезда, когда-либо наблюдавшаяся за пределами Млечного Пути, — всего 1/40 000 от содержания этого элемента в Солнце. При этом в ней наблюдается аномально высокое количество углерода.
Такое уникальное сочетание химических элементов делает PicII-503 одним из самых ярких примеров звезды второго поколения. Она сформировалась из материала, который был произведен первыми звездами во Вселенной. Эти первые светила, известные как звезды населения III, состояли почти исключительно из водорода и гелия. В их недрах в результате ядерных реакций возникли первые тяжелые элементы. Когда эти гиганты взрывались как сверхновые, они обогащали межзвездную среду новыми веществами. PicII-503 как раз и сохранила следы этого процесса, предоставив астрономам редкую возможность напрямую наблюдать последствия первой фазы химической эволюции космоса.
Особое значение имеют химические характеристики PicII-503. Помимо крайней скудности железа, соотношение углерода к железу в этой звезде более чем в 1500 раз превышает солнечное. Подобная химическая сигнатура ранее уже наблюдалась у некоторых очень старых звезд во внешнем гало Млечного Пути, однако их происхождение оставалось не до конца ясным. Теперь PicII-503 дает прямой ответ: эти звезды, вероятно, сформировались в маленьких первичных карликовых галактиках, похожих на Pictor II, и впоследствии были поглощены нашей Галактикой в ходе ее эволюции. Кроме того, данное открытие стало первым случаем обнаружения звезды второго поколения именно в ультраслабой карликовой галактике.
Астрономы полагают, что необычно высокое содержание углерода является результатом взрывов сверхновых с низкой энергией. В таких событиях тяжелые элементы, такие как железо, имеют тенденцию падать обратно на ядро коллапсирующей звезды, в то время как более легкие элементы, например углерод, выбрасываются в окружающее пространство. Анализируя химический состав таких звезд, как PicII-503, ученые могут воссоздать механизмы, с помощью которых первые светила производили и распространяли элементы во Вселенной. Этот подход, получивший название «космическая археология», позволяет изучать эпохи, которые недоступны для прямых наблюдений.
Расположение PicII-503 внутри ультраслабой карликовой галактики также является важным фактором. Pictor II — это очень маленькая система с ограниченной массой и гравитацией, что влияет на то, как она удерживает элементы, произведенные сверхновыми. Если бы взрывы первых звезд были чрезвычайно энергичными, большая часть химических элементов покинула бы галактику из-за ее слабого гравитационного притяжения. Тот факт, что PicII-503 демонстрирует столь специфичный состав, говорит о том, что участвовавшие сверхновые были относительно слабыми, что позволило материалу остаться внутри системы и способствовать формированию новых звезд.
Открытие стало возможным благодаря комбинации данных обзора MAGIC с более детальными наблюдениями, выполненными с помощью Очень большого телескопа (Very Large Telescope) и телескопа Magellan/Baade. Это позволило с высокой точностью измерить химические содержания в звезде и подтвердить ее крайне примитивную природу. PicII-503 представляет собой прямое свидетельство процессов химического обогащения в ранних галактиках. Изучая подобные объекты, астрономы могут лучше понять, как Вселенная прошла путь от простого состава, доминируемого водородом и гелием, до сложного многообразия элементов, наблюдаемого сегодня. Большую помощь в этих исследованиях в ближайшие месяцы окажет обзор LSST (Legacy Survey of Space and Time), который будет проводиться на обсерватории Веры Рубин.