Найстаріші зорі Всесвіту знайдено у нас "під боком"

Астрофізики виявили одні з найстаріших зір у Всесвіті, і так сталося, що вони мешкають у нашому галактичному сусідстві.

Про відкриття розповідають у Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

Команда дослідників помітила зорі в "гало" Чумацького Шляху -- хмарі зір, яка огортає весь головний галактичний диск. Згідно з їхнім аналізом, ці три зорі утворилися між 12 і 13 мільярдами років тому, в той час, коли формувалися найперші галактики.

Дослідники назвали ці зорі "SASS", що означає зорі "малої зоряної системи, що зазнала акреції", оскільки вважають, що кожна з них колись належала до власної маленької примітивної галактики; і такі галактики колись були поглинуті більшим, але все ще у стані зростання Чумацьким Шляхом. Сьогодні ці три зорі -- це все, що залишилося від їхніх галактик. Вони обертаються навколо околиць Чумацького Шляху, де, як підозрює команда, може бути більше таких вцілілих давніх зір.

"Ці найстаріші зорі, безумовно, повинні бути там, враховуючи те, що ми знаємо про формування галактик", - каже професор фізики MIT Анна Фребель. "Вони є частиною нашого космічного генеалогічного дерева. І тепер у нас є новий спосіб їх виявити".

Відкриваючи такі зорі SASS, дослідники сподіваються використовувати їх як аналоги ультратьмяних карликових галактик, які, як вважається, є одними з перших вцілілих галактик Всесвіту. Такі галактики збереглися неушкодженими до сьогодні, але вони занадто далекі й тьмяні для того, щоб астрономи могли їх вивчати детально. Оскільки зорі SASS, можливо, колись належали до подібних примітивних карликових галактик, але знаходяться в Чумацькому Шляху -- а отже, набагато ближче -- вони можуть бути доступною підказкою до розуміння еволюції надтьмяних карликових галактик.

"Тепер ми можемо шукати більше аналогів у Чумацькому Шляху, які набагато яскравіші, і вивчати їхню хімічну еволюцію без необхідності ганятися за цими надзвичайно тьмяними зорями", - каже Фребель.

Вона та її колеги опублікували свої висновки в журналі "Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства" (MNRAS). Співавторами дослідження є Мохаммад Мардіні з Університету Зарка в Йорданії, тогорічна випускниця MIT Гілларі Андалес і нинішні студенти MIT Ананда Сантос і Кейсі Фінберг.

Зоряна межа

Відкриття команди виросли з аудиторії. Під час осіннього семестру 2022 року Фребель запустила новий курс "Спостережна зоряна археологія", на якому студенти вивчали методи аналізу давніх зір, а потім застосовували ці інструменти до тих зір, які ніколи раніше не вивчалися з метою визначення їхнього походження.

Студенти працювали з даними про зорі, зібраними Фребель протягом багатьох років за допомогою 6,5-метрового телескопа Магеллан-Клей в обсерваторії Лас-Кампанас. Вона зберігає друковані копії даних у великій теці в своєму кабінеті, і студенти перебирали ці дані у пошуках зір, що їх цікавили.

Зокрема, вони шукали давні зорі, які утворилися невдовзі після Великого вибуху, що стався 13,8 мільярда років тому. У цей час Всесвіт складався переважно з водню та гелію, а інші хімічні елементи, такі як стронцій та барій, були дуже малочисельними. Тому студенти шукали у підшивці Фребель зорі зі спектрами, або вимірами зоряного світла, які вказували на низький вміст стронцію та барію.

Їхній пошук звузився до трьох зір, які вперше спостерігалися телескопом "Магеллан" у 2013-2014 роках. Астрономи ніколи не стежили за цими зорями, щоб інтерпретувати їхні спектри та визначити їхнє походження. Отже, вони були ідеальними кандидатами для студентів Фребель.

Студенти навчилися характеризувати зорі, щоб підготуватися до аналізу спектрів кожної з трьох зір. Вони змогли визначити хімічний склад кожної з них за допомогою різних зоряних моделей. Інтенсивність певної особливості в зоряному спектрі, що відповідає певній довжині хвилі світла, відповідає певному вмісту певного елемента.

Завершивши свій аналіз, студенти змогли впевнено зробити висновок, що ці три зорі мають дуже низький вміст стронцію, барію та інших елементів, таких як залізо, порівняно з їхньою еталонною зорею -- нашим Сонцем. Наприклад, одна із зір містила менш як 1/10 000 кількості заліза до гелію порівняно із сучасним Сонцем.

"На втіках"

Низький вміст хімічних елементів у зорях натякав на те, що вони утворилися 12-13 мільярдів років тому. Насправді, їхні низькі хімічні сигнатури були схожі на ті, що астрономи раніше вимірювали для деяких давніх, надтьмяних карликових галактик. Чи знайдені командою зорі виникли в подібних галактиках? І як вони опинилися у Чумацькому Шляху?

Здогадуючись, вчені перевірили орбіти зір і те, як вони рухаються по небу. Три зорі знаходяться у різних місцях гало Чумацького Шляху і, за оцінками, на відстані близько 30 000 світлових років від Землі. (Для довідки: диск Чумацького Шляху простягається на 100 000 світлових років у поперечнику).

Відстежуючи рух кожної зорі навколо галактичного центру за допомогою спостережень з астрометричного супутника Gaia, команда помітила цікаву річ: по відношенню до більшості зір основного диска, які рухаються як автомобілі на перегоновій трасі, виглядало, що всі три зорі рухалися у неправильному напрямку. В астрономії це називається "ретроградним рухом" і вказує на те, що об′єкт колись зазнав акреції, тобто був втягнутий звідкись.

"Єдиний спосіб, за якого зорі можуть рухатися у протилежному напрямку від решти банди, -- це якщо ви кинули їх у неправильному напрямку", - каже Фребель.

Той факт, що ці три зорі рухалися по орбіті зовсім не так, як решта галактичного диска й навіть гало, в поєднанні з тим, що вони мали низький вміст хімічних елементів, переконливо свідчив про те, що ці зорі були справді давніми та колись належали до старих, менших карликових галактик, які впали в Чумацький Шлях під випадковими кутами, і продовжили свої вперті траєкторії мільярди років потому.

Фребель, цікавлячись, чи був ретроградний рух характерним для інших стародавніх зір у гало, які астрономи раніше аналізували, переглянула наукову літературу та знайшла 65 інших зір, також з низьким вмістом стронцію й барію, які, як виявилося, також йшли проти галактичного потоку.

"Цікаво, що всі вони досить швидкі -- сотні кілометрів на секунду, і рухаються у неправильному напрямку", - каже Фребель. "Вони тікають! Ми не знаємо, чому так відбувається, але це був потрібний нам шматочок пазла, який я не зовсім передбачала, коли ми починали".

Команда прагне знайти інші стародавні зорі SASS, і тепер у них є відносно простий рецепт, як це зробити: спочатку шукати зорі з низьким вмістом хімічних елементів, а потім відстежувати їхні орбіти на предмет ознак ретроградного руху. Вони очікують, що з понад 400 мільярдів зір Чумацького Шляху цей метод дозволить виявити невелику, але значну кількість найстаріших зір Всесвіту.

• Чумацький Шлях