Odkryta przez astronomów „najczystsza” gwiazda przedstawia nam losy pierwszych supernowych za czasów młodego Kosmosu.

Artykuł napisał Piotr Łubis.

We wczesnym okresie istnienia, Wszechświat zawierał w sobie tylko wodór i hel, ze śladową domieszką litu, poza którym nie były obecne żadne inne metale (metalami w astronomii nazywamy wszystkie pierwiastki cięższe od wodoru i helu). Jednakże, z upływem czasu, grawitacja rozpoczęła proces tworzenia pierwszych gwiazd. Powstawały z obłoków molekularnych. Były tak bardzo ciężkie i rozpalone, że już po kilku milionach lat istnienia kończyły swoje życie w wybuchach supernowych. Z ich szczątków powstają kolejne gwiazdy. Tymi szczątkami są produkty fuzji termojądrowej – pierwiastki od litu do żelaza. W każdym wybuchu supernowej panujące tam ciśnienia doprowadzają do powstania jeszcze cięższych pierwiastków.

Taki cykl życia i śmierci dostarcza Wszechświatowi coraz to więcej metalicznych pierwiastków, które niezbędne były do stworzenia planet skalistych i rozumnego życia.

Lecz w przestrzeni pozostało jeszcze kilka naprawdę starych gwiazd. Są one mało masywnymi czerwonymi karłami, które ukrywają się pomiędzy młodszymi kolegami. Wypalają swoje zasoby bardzo powoli. Wyróżniają się niską metalicznością, a astronomowie dokładnie i cierpliwie przeszukują każdy kawałeczek nieba w ich poszukiwaniu…

Międzynarodowy zespół badaczy znalazł znaną nam najczystszą gwiazdę we Wszechświecie całkiem niedaleko, bo w naszej Galaktyce. Znajduje się ona w gwiazdozbiorze Węża morskiego w odległości 6000 lat świetlnych od Ziemi.

Grupa ta skorzystała z danych dostarczonych przez Teleskopy Magellana, dotyczących rozkładu promieniowania gwiazdy SM0313. Badania spektograficzne wykazały, że jest przeszło 15 milionów razy mniej metaliczna niż nasze Słońce oraz 40 razy mniej metaliczna niż poprzednio znana najczystsza gwiazda. Jak pisze lider grupy Stefan Keller (Australian National University [ANU]), gwiazda ta wykazuje ledwo zauważalne linie absorpcyjne zaledwie czterech metalicznych pierwiastków: litu, magnezu, węgla i wapnia.

Sky & Telescope

Pierwszy wykres ukazuje spektrum gwiazdy SM0313. Widać silne linie absorpcyjne wodoru [4861Å i 6560Å] i lekką linię węgla [4300Å]. Poniżej, w celu porównania, ukazano spektrum Słońca.

Tak mała zawartość metali w tej gwieździe sugeruje, że pochodzi ona z pojedynczej supernowej III populacji. Więc ona sama jest wczesną gwiazdą II populacji, starą prawie tak, jak sam Wszechświat.

Do tej pory uważano, że najstarsze, najcięższe gwiazdy umierały w gwałtownych wybuchach „hipernowych”, wyrzucając wraz z sobą ogromne ilości żelaza. Jednak gwiazda SM0313 wskazuje, że nie wszystkie wczesne supernowe były takie ekstremalne.

Symulacje komputerowe pokazują, że „matką” SM0313 była najprawdopodobniej masywna gwiazda o masie około 60 mas Słońca. Po upływie 3 milionów lat życia wybuchła i wyrzuciła w przestrzeń duże ilości lekkich pierwiastków. Jednak wybuch był zbyt słaby, aby uwolnić cięższe pierwiastki z głębi gwiazdy, które zostały uwięzione w nowo powstałej czarnej dziurze. Zaś pierwiastki z fali uderzeniowej utworzyły nową gwiazdę – SM0313. To, że gwiazda powstała tylko z jednej supernowej, też jest zaskakujące. Normalnie nowe gwiazdy powstają z obłoków pyłu, zasilanych przez wiele supernowych.

„Kiedy wiele osób okrzyknęło już SM0313 najstarszą znaną gwiazdą, musimy mieć na uwadze, że nie możemy jednoznacznie ustalić jej wieku” – mówi Anna Frebel (Massachusetts Institute of Technology [MIT]). Okazało się, że wybuchy niektórych pierwszych supernowych wyrzucały jedynie zaskakująco lekkie pierwiastki. „To bardzo ekscytujące, że możemy ustalić SM0313, jako gwiazdę II populacji” – mówi Frebel.

Ta uboga w żelazo gwiazda opowiedziała nam starożytną historię sprzed 13 miliardów lat…