Zgodnie z najbardziej powszechnie akceptowaną teorią kosmologiczną, pierwsze gwiazdy w naszym Wszechświecie powstały około 150 do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Z czasem gwiazdy te zaczęły się łączyć, tworząc gromady kuliste, które powoli zlewały się, tworząc pierwsze galaktyki - w tym naszą własną Drogę Mleczną. Od pewnego czasu astronomowie utrzymują, że proces ten rozpoczął się dla naszej galaktyki około 13,51 miliarda lat temu.
Zgodnie z tą teorią astronomowie wierzyli, że najstarsze gwiazdy we Wszechświecie były krótkotrwałymi masywnymi, które od tamtej pory zmarły. Jednak zespół astronomów z Johns Hopking University odkrył niedawno małą masę gwiazdy na „cienkim dysku” Drogi Mlecznej, która ma około 13,5 miliarda lat. Odkrycie to wskazuje, że niektóre z najwcześniejszych gwiazd we Wszechświecie mogą być żywe i dostępne do badań.
Ta gwiazda została odkryta jako towarzysz 2MASS J18082002–5104378, subgiant, który znajduje się około 1950 lat świetlnych od Ziemi (w gwiazdozbiorze Ary) i ma niską zawartość metalu (metaliczność). Kiedy zaobserwowano to po raz pierwszy w 2016 r., Zespół odkrywców zauważył niezwykłe zachowanie, które przypisuje istnieniu niewidzialnego towarzysza - być może gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury.
Ze względu na ich badania, które zostały niedawno opublikowane w The Astrophysical Journal, zespół John Hopkins obserwował ten system gwiezdny w latach 2016–2017 za pomocą teleskopów Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Po obserwacji widm z układu byli w stanie rozpoznać obecność bardzo słabej gwiazdy wtórnej, która od tego czasu została oznaczona jako 2MASS J18082002–5104378 B.
W połączeniu z pomiarami prędkości radialnej jej pierwotnej, która dała oszacowania masy, zespół ustalił, że gwiazda jest gwiazdą o niskiej masie i bardzo niskiej metaliczności. Na podstawie niskiej zawartości metalu ustalili także, że ma on 13,5 miliarda lat, co czyni go najstarszą odkrytą jak dotąd ubogą w metale gwiazdą. Oznacza to, że w kategoriach kosmicznych gwiazda jest pojedynczym pokoleniem usuniętym z Wielkiego Wybuchu.
Jak wskazał Kevin Schlaufman - asystent profesora fizyki i astronomii oraz główny autor badania - w komunikacie prasowym JHU Hub, było to niezwykle nieoczekiwane odkrycie. „Ta gwiazda to może jedna na 10 milionów” - powiedział. „Mówi nam coś bardzo ważnego o pierwszych generacjach gwiazd”.
Podczas gdy astronomowie znaleźli w przeszłości 30 starożytnych gwiazd o bardzo niskiej zawartości metali, każda z nich miała przybliżoną masę Słońca. Gwiazda Schlaufman i jego zespół odkryli jednak tylko 14% masy Słońca (co czyni go czerwonym karłem typu M). Ponadto stwierdzono, że wszystkie odkryte wcześniej gwiazdy o ultra niskiej metaliczności w naszej galaktyce mają orbity, które ogólnie prowadziły ich daleko do płaszczyzny galaktycznej.
Jednak ten nowo odkryty układ gwiazd okrąża naszą galaktykę na orbicie kołowej (jak nasze Słońce), która utrzymuje się stosunkowo blisko płaszczyzny. Odkrycie to podważa szereg konwencji astronomicznych, a także otwiera astronomom bardzo interesujące możliwości.
Na przykład astronomowie od dawna twierdzili, że najwcześniejsze gwiazdy, które powstały po Wielkim Wybuchu (znane jako gwiazdy Populacji III), składałyby się całkowicie z najbardziej podstawowych pierwiastków - tj. Wodoru, helu i niewielkich ilości litu. Następnie gwiazdy te wytworzyły cięższe pierwiastki w swoich rdzeniach, które zostały uwolnione do Wszechświata, kiedy osiągnęły koniec życia i wybuchły jako supernowe.
Formowanie się następnej generacji gwiazd składało się przede wszystkim z tych samych podstawowych elementów, ale w ich skład wchodziły także chmury tych cięższych pierwiastków z poprzedniej generacji gwiazd. Gwiazdy te tworzyły więcej ciężkich pierwiastków, które następnie uwalniały pod koniec swojego życia, stopniowo zwiększając metaliczność gwiazd we Wszechświecie z każdym kolejnym pokoleniem.
Krótko mówiąc, do późnych lat 90. astronomowie wierzyli, że wszystkie najwcześniejsze gwiazdy (które byłyby masywne i krótkotrwałe) wyginęły. W ostatnich dziesięcioleciach przeprowadzono symulacje astronomiczne, które wykazały, że gwiazdy o małej masie z najwcześniejszego pokolenia mogą nadal istnieć. W przeciwieństwie do gigantycznych gwiazd, karły o niskiej masie (takie jak czerwone karły) mogą żyć nawet do trylionów lat.
Odkrycie tej nowej gwiazdy ubogiej w metale nie tylko potwierdza tę możliwość, ale także wskazuje, że w naszej galaktyce może być o wiele więcej gwiazd o bardzo niskiej masie i bardzo małej metaliczności - które mogą być w rzeczywistości jednymi z pierwszych gwiazd Wszechświata . Jak wskazał Schlaufman:
„Jeśli nasze wnioskowanie jest poprawne, mogą istnieć gwiazdy o niskiej masie, których skład jest wyłącznie wynikiem Wielkiego Wybuchu. Chociaż w naszej galaktyce nie znaleźliśmy jeszcze takiego obiektu, może istnieć. ”
Jeśli to prawda, mogłoby to umożliwić astronomom zbadanie warunków panujących wkrótce po Wielkim Wybuchu i przed końcem „Ciemnego Wieku”. Ten okres, który trwał do około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, to także czas, kiedy zaczęły powstawać najwcześniejsze gwiazdy i galaktyki, ale wciąż jest niedostępny dla naszych najpotężniejszych teleskopów. Ale przy gwiazdach, które przetrwały ten bardzo wczesny okres kosmicznej ewolucji, astronomowie mogą wreszcie mieć okno na tę tajemniczą epokę.
Obejrzyj ten film ilustrujący orbitę 2MASS J18082002–5104378 B wokół Drogi Mlecznej, dzięki uprzejmości JHU:
