Być może znaleźliśmy jedną z najstarszych gwiazd w znanym Wszechświecie.

Jedna z najstarszych gwiazd we Wszechświecie? Naukowcy mogą to mieć znaleziono 16 000 lat świetlnych od Ziemi. Jest to czerwony olbrzym o nazwie SPLUS J210428.01-004934.2 i wydaje się należeć do drugiej generacji gwiazd powstałych po Wielkim Wybuchu. Ten wynik jest konkluzją analizy obfitości pierwiastków chemicznych w gwieździe. SPLUS J2104-0049 zawierałby pierwiastki powstałe podczas życia i zniszczenia pojedynczej gwiazdy pierwszej generacji. W tej chwili żaden członek tej pierwszej generacji gwiazd nie został jeszcze odkryty, ale to najnowsze odkrycie może pomóc w poszukiwaniach tych gwiazd.

Naukowcy z powodzeniem przeanalizowali stan SPLUS J2104-0049 przy użyciu techniki zwanej fotometrią, która mierzy intensywność światła. Dlatego ta metoda mogłaby zostać użyta w poszukiwaniu tych starych kosmicznych obiektów.

W artykule opublikowanym w The Astrophysical Journal Letters naukowcy wskazali, że gwiazda była gwiazdą UMP lub „ubogą w ultra metal”, to znaczy o bardzo niskim poziomie metaliczności. Został wybrany z wąskiego pasma światła S-PLUS i potwierdzony spektroskopią o średniej i wysokiej rozdzielczości.

Naukowcy stwierdzili również, że najnowsze obserwacje są częścią próby spektroskopowego potwierdzenia kandydatów o niskiej metaliczności zidentyfikowanych za pomocą fotometrii wąskopasmowej.

Jak wykryć najstarsze gwiazdy?

Chociaż dzisiaj wiemy już dużo o ewolucji Wszechświata od czasu Wielkiego Wybuchu, pierwsze gwiazdy, znane jako należące do populacji III, pozostają tajemnicą. Jednak obecne procesy formowania się gwiazd dają wskazówki dotyczące powstawania tych pierwszych gwiazd, chociaż wiedza wciąż nie jest pełna.

Wśród wskazówek wykorzystywanych przez naukowców są gwiazdy należące do populacji II, pokolenia następującego po populacji III. Można je zidentyfikować dzięki wyjątkowo niskiej zawartości węgla, tlenu, magnezu, a nawet litu. Poziom ten można ocenić analizując widmo światła emitowanego przez gwiazdę.

Powodem, dla którego ten poziom jest bardzo niski, jest to, że przed pojawieniem się pierwszych gwiazd we Wszechświecie nie było żadnych ciężkich pierwiastków. To była po prostu mieszanina wodoru i helu. Zatem pierwsze gwiazdy musiały składać się z tych dwóch pierwiastków i to reakcja termojądrowa w tych gwiazdach wytworzyła cięższe pierwiastki. Najpierw atomy wodoru łączą się, tworząc hel, następnie hel zamienia się w węgiel, a reakcja trwa do momentu uzyskania żelaza. Ale nawet najcięższe gwiazdy nie mają wystarczającej ilości energii, aby stopić żelazo, a kiedy ich rdzeń składa się w całości z żelaza, eksplodują w supernowe.

Supernowe z kolei wyrzucają cały stopiony materiał w przestrzeń kosmiczną z ogromną ilością energii. Powoduje to szereg reakcji jądrowych, w wyniku których powstają cięższe pierwiastki, takie jak złoto, srebro czy uran. Nowe gwiazdy utworzone z tych obłoków będą zatem miały wyższy poziom metaliczności niż poprzednie gwiazdy.

Nowe odkrycie

Wiadomo, że współczesne gwiazdy populacji I mają najwyższy poziom metaliczności. Gwiazdy urodzone, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody, mają bardzo niski poziom metaliczności. Te gwiazdy UMP są uważane za należące do populacji II, która jest wzbogacona materiałami wytwarzanymi przez pojedynczą supernową w populacji III.

Zespół astronomów pod kierownictwem NOIRLab z National Science Foundation wykorzystał analizę fotometryczną o nazwie S-PLUS do identyfikacji gwiazdy SPLUS J2104-0049. Najwyraźniej nie jest to gwiazda o najniższym poziomie metaliczności, jaki kiedykolwiek odkryto, ale poziom odpowiada poziomowi gwiazdy UMP. Jego poziom węgla jest również najniższym, jaki kiedykolwiek zarejestrowano wśród gwiazd UMP.

Aby zorientować się, jak powstała gwiazda SPLUS J2104-0049, naukowcy przeprowadzili modelowanie teoretyczne. Okazało się, że obserwowane poziomy obfitości pierwiastków chemicznych lepiej odpowiadają temu, co może wytworzyć pojedyncza gwiazdowa supernowa Populacji III o masie równej 29,5 mas Słońca.

Jednak najlepsze wyniki modelowania nie mogły wyprodukować wystarczającej ilości krzemu, aby dokładnie odtworzyć SPLUS J2104-0049. Naukowcy zalecają poszukiwanie innych starożytnych gwiazd o podobnych właściwościach chemicznych, aby spróbować rozwiązać problem spowodowany tą dziwną różnicą.