Сучасні зірки відрізняються від зірок минулих поколінь різноманітністю елементів. Але як відрізнити старі покоління зірок від ще більш древніх? У тих і інших металічність вкрай низька, а щоб вивчити історію зореутворення у Всесвіті, нам потрібні найдавніші світила. Авторам нового дослідження вдалося знайти відмінну характеристику таких зірок у нашій Галактиці.
Побачити Чумацький Шлях збоку ми не можемо, тому як приклад – гало M104, або галактики Сомбреро, яка за своєю структурою схожа на наш Чумацький Шлях. Знімок зроблено космічним телескопом “Хаббл” / © ESA (image by C. Carreau)
Ми знаємо, де шукати стародавні зірки – в над тьмяних карликових галактиках, супутниках Чумацького Шляху. Вони сформувалися понад 12 мільярдів років тому. Зірки в них відрізняються вкрай низькою металічністю зі співвідношенням заліза до водню [Fe/H] від мінус двох до мінус трьох. У деяких воно ще нижче – близько мінус чотирьох. “Нормою” вважається металічність Сонця ([Fe/H] = 0).
Після епохи реіонізації зореутворення в цих над тьмяних карликових галактиках зупинилося. Зірки з низькою металічністю вкрай довгоживучі, тому хімічний склад таких галактик майже не змінився. Проблема в тому, що ці зірки знаходяться далеко від нас, до того ж вони надзвичайно тьмяні. Наші прилади можуть розрізнити лише деякі з них – найяскравіші холодні червоні гіганти – та й то на межі своїх можливостей. Вибірка виходить вкрай нерепрезентативна.
Нам потрібні зірки, як у цих стародавніх галактиках, тільки щоб вони були ближче до нас. Чумацький Шлях формувався якраз через послідовне злиття подібних давніх скупчень. Тому стародавні зірки літають (посилання) навіть в околицях центру Чумацького Шляху, але найпростіше їх знайти в гало Галактики. Проблема в тому, що “звичайні”, тобто молодші зірки гало теж відрізняються низькою металічністю. Рішення знайшла група дослідників з Массачусетського технологічного інституту (США).
У новій роботі, результати якої опубліковано у журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, астрономи вивчили шість зірок з гало з украй низькою металічністю. Вони провели додаткові спостереження за об’єктами з метою максимально точно виміряти вміст елементів. Отримані дані вчені співвіднесли з результатами інших оглядів.
Зіставляючи показники шести відібраних зірок із зірками гало і зірками з карликових галактик, автори дослідження вивели характеристику, що відрізняє стародавні зірки від зірок гало – вміст стронцію і барію. Особливо важливим виявилося співвідношення стронцію до водню [Sr/H]. Воно має бути нижче мінус 4,5. За цими двома елементами можна відсіяти дійсно стародавні зірки.
Ліворуч: графіки зірок за співвідношеннями стронцію до барію і барію до заліза. Праворуч: графіки зірок за співвідношенням стронцію і барію до водню і заліза до водню. Сірим позначено зірки гало, помаранчевим – зірки з низьким вмістом стронцію, зеленим – зірки надтьмяних карликових галактик. Різнокольоровими квадратами і трикутниками – зірки з дослідження. Три справжні стародавні зірки – квадрати / © H. D. Andales et al. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024)
Щоб перевірити свої висновки, вчені відстежили рух цих світил за даними огляду “Гайя”. Виявилося, всі об’єкти рухаються в протилежному напрямку щодо обертання Галактики. Отже, вони не утворилися тут, а приєдналися в результаті “вливання” стародавнього скупчення в Чумацький Шлях. Усі три зірки розташовані в різних точках гало на відстані близько 30 тисяч світлових років від нас. Для порівняння: діаметр диска Чумацького Шляху – приблизно 100 тисяч світлових років.
Автори статті запропонували називати такі об’єкти зірками з “маленьких захоплених зоряних систем” (small accreted stellar systems, SASS). Дослідники припустили, що серед зірок SASS можуть бути світила з вищим вмістом стронцію, але тоді буде надто висока ймовірність переплутати їх із “рідними” об’єктами гало.
Вивчивши інші огляди і дослідження, вчені знайшли в гало ще 61 зірку з низьким вмістом стронцію. Судячи з різноманітності їхнього складу, у перших SASS, “підхоплених” Галактикою, було не так вже й багато наднових.
Причому ці наднові давали вкрай нерівномірну кількість і вміст елементів. Проте вони були різноманітними. Отже, мабуть, з найдавніших часів у Всесвіті формувалася більшість, якщо навіть не всі хімічні елементи, хоча кількість їх у ранньому Всесвіті й не була великою.