Астрономи виявили зірку PicII-503 у надслабкій карликовій галактиці Pictor II, розташованій у сузір'ї Живописець. Ця крихітна система налічує лише кілька тисяч зір і має вік понад 10 мільярдів років. PicII-503 лежить на околиці галактики і містить менше заліза, ніж будь-яка інша зоря, коли-небудь виміряна за межами Чумацького Шляху.
Разом із рекордно низьким вмістом заліза зірка демонструє аномально високий вміст вуглецю. Це поєднання робить її першим беззаперечним прикладом зорі, що зберегла хімічний відбиток перших зір Всесвіту в незайманому середовищі первісної карликової галактики. Дослідження під керівництвом Анірудха Чіті зі Стенфордського університету опубліковане в журналі Nature Astronomy.
Пошук голки в зоряному стозі сіна
Відкриття стало можливим завдяки огляду DECam MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK) — 54-нічній програмі спостережень на камері Dark Energy Camera, встановленій на 4-метровому телескопі Віктора Бланко в обсерваторії Тіло (Чилі). Мета огляду — знайти найдавніші та найбідніші на метали зорі в Чумацькому Шляху та його карликових супутниках.
Дослідники застосували вузькосмуговий фільтр, чутливий до ліній поглинання кальцію, що дозволило оцінити вміст металів у тисячах зір лише за фотометричними даними, без окремої спектроскопії кожного об'єкта. Серед сотень зір поблизу Pictor II саме дані MAGIC виокремили PicII-503 як винятково бідного на метали кандидата.
За словами Чіті, без даних MAGIC було б неможливо виділити цю зорю серед сотень інших об'єктів поблизу Pictor II.
Подальші спостереження на телескопі Magellan/Baade та Дуже великому телескопі (VLT) Європейської південної обсерваторії підтвердили: вміст заліза й кальцію в PicII-503 — найнижчий з усіх, коли-небудь виміряних поза межами Чумацького Шляху.
Хімічний відбиток маломасштабного вибуху
Вміст заліза в PicII-503 у понад 40 000 разів нижчий, ніж у Сонця. Водночас співвідношення вуглецю до заліза перевищує сонячне більш ніж у 1500 разів. Такий контраст — критична нестача важких елементів при надлишку вуглецю — вказує на конкретний механізм формування зорі.
Перші зорі Всесвіту складалися виключно з водню та гелію. У своїх надрах вони синтезували перші важчі елементи — вуглець, кальцій, залізо. Вибухаючи як наднові, вони розсіювали ці елементи в міжзоряному середовищі, з якого згодом народжувалося наступне покоління зір.
Одна з гіпотез пояснює хімію PicII-503 маломасштабним вибухом наднової. У такому сценарії важкі елементи, що утворюються ближче до ядра зорі, зокрема залізо, падають назад на компактний залишок, тоді як легші елементи із зовнішніх шарів, включно з вуглецем, викидаються назовні і збагачують міжзоряний газ.
Те, що PicII-503 залишилася гравітаційно пов'язаною з однією з найменших відомих карликових галактик, підтверджує цю версію. Якби вибух був високоенергетичним, викинута речовина покинула б слабке гравітаційне поле Pictor II назавжди.
Виявлення зорі, яка беззаперечно зберігає важкі метали перших зір, було на межі того, що ми вважали можливим, з огляду на надзвичайну рідкість таких об'єктів.Анірудх Чіті, Стенфордський університет
Зв'язок із загадковими зорями гало Чумацького Шляху
Упродовж років астрономи спостерігали в гало Чумацького Шляху так звані вуглецево збагачені метало-бідні зорі — об'єкти з украй низьким вмістом заліза та аномально високим вмістом вуглецю. Походження цих зір залишалося невідомим.
PicII-503 демонструє точно таку саму хімічну сигнатуру, але в контексті, де її зв'язок із збагаченням речовиною перших зір простежується напряму — усередині первісної карликової галактики. Це дає підстави припускати, що подібні зорі гало Чумацького Шляху потрапили туди з таких самих давніх карликових галактик, які злилися з нашою протягом мільярдів років.
Дослідники розглядають це відкриття як приклад "космічної археології" — пошуку рідкісних зоряних скам'янілостей, що зберігають відбиток перших зір Всесвіту. Огляд неба Legacy Survey of Space and Time на обсерваторії Рубін, старт якого запланований пізніше цього року, має дозволити знайти більше подібних об'єктів і уточнити картину хімічної еволюції раннього Всесвіту.
