Evoluţia universului (reprezentare grafică)

În ciuda cunoștințelor pe care le avem despre formarea și evoluția universului, începuturile acestuia rămân destul de misterioase. Folosind cunoștințele noastre în fizică, putem face lumină asupra naturii primelor stele, chiar dacă suntem aproape siguri că asemenea stele au dispărut demult.

Acum, o nouă descoperire confirmă ceea ce oamenii de știință și-au imaginat despre universul timpuriu, dezvăluindu-ne informații despre acesta prin intermediul unei stele ce încă mai luminează.

Noua descoperire are ca subiect central o stea din propria noastră galaxie, Calea Lactee. Steaua se numește SMSS J160540.18-144323.1 (dar în acest articol o vom numi pur și simplu Bob). Bob se află la o distanță de aproximativ 35,000 de ani-lumină. Acesta păstrează urmele unui predecesor, o stea din primele generații de stele care avea o concentrație extrem de mică de metal și s-a format în primele etape ale Universului.


Astronomii vorbesc despre stele în funcție de cantitatea de metal pe care acestea o conțin. În astronomie, metalul este caracterizat ca un element mai greu decât hidrogenul, heliul și litiul, elemente ce au fost create la Big Bang. Primele stele conțineau numai aceste trei elemente ușoare, deoarece elementele mai grele nu fuseseră încă create. Aceste elementele mai grele au fost create de-a lungul a generații succesive de stele.

 


Reprezentare grafică a stelelor Populației a III-a. Stelele din Populația a III-a erau stele masive și foarte fierbinți ce nu au avut o perioadă de viață prea lungă.



Prima generație de stele ce nu conțineau metal este numită Populația a III-a. Aceste corpuri sunt în mare parte ipotetice, dar cunoștințele noastre de astrofizică ne spun că asemenea stele trebuie să fi existat. Populația a III-a conținea stele masive ce au avut o perioadă scurtă de viață. Singurul mod prin care le putem studia este prin analizarea materiei pe care au eliminat-o la moartea lor. Munca astronomilor se aseamănă, astfel, cu cea a unor detectivi.

Revenind la Bob: Thomas Nordlander este astronom la Australian National University (ANU). El lucrează la ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) de la ANU Research School of Astronomy and Astrophysics (RSAA). Ceea ce este important de reținut este că Norlander este un astronom de elită care a fost autor sau coautor a 15 lucrări științifice. Una dintre specializările sale sunt stelele cu un conținut extrem de mic de metal și, ca orice astronom al ASU, acesta are acces la Siding Spring Observatory.

Norlander folosea observatorul Skymapper al ANU și telescopul de 2,3 metri de la Siding Spring în momentul în care l-a descoperit pe Bob.

Bob a fost diferit, neașteptat. Ceea ce era surprinzător la acesta era conţinutul scăzut de metal. Conform lui Norlander, Bob poate fi considerat o mașină a timpului, datorită concentrației sale de metal ce reprezintă o fereastră spre condițiile formării stelei.


Telescopul de 2,3 metri de la Siding Spring.
Credit: ANU/Siding Spring Observatory

Bob este neobișnuit, deoarece concentrația sa de fier este aproape nulă. Cu un nivel al fierului de 1,5 milioane mai mic decât al Soarelui, se aseamănă mai mult cu o stea din Populaţia III decât cu una din propria generaţie. De fapt, Bob are cel mai scăzut nivel de fier găsit până acum. În această stea, se găsește un singur atom de fier la fiecare 50 de miliarde de atomi – este ca și cum într-o piscină s-ar găsi o singură picătură de apă.

 




Cum s-a format steaua SMSS J160540.18-144323.1

Norlander și colegii săi cred că s-a întâmplat următorul lucru: Bob a avut un părinte bătrân, o stea tipică din Populația III ce conținea numai heliu, hidrogen și poate puțin litiu. Era de aproape 10 ori mai mare decât Soarele nostru. Stelele atât de masive își epuizează repede combustibilul și nu au vieți prea lungi.

Când acest predecesor al lui Bob de la începutul timpului s-a apropiat de sfârșitul vieții, a explodat sub forma unei supernove. Strămoșul lui Bob ar fi creat niște elemente mai grele, care, în majoritatea cazurilor, sunt aruncate în spațiul interstelar și ajută la formarea următoarei generații de stele. Dar în acest caz, explozia nu a fost atât de puternică.

Energia supernovei stelei predecesoare a fi fost atât de mică, încât majoritatea elementelor mai grele au căzut înapoi peste rămăşiţele foarte dense create de explozie. Doar o fracțiune mică din elementele mai grele decât carbonul au fost aruncate în spațiu și au contribuit la formarea acestei stele vechi, Bob.


Imagine artistică a unei stele ce explodează ca supernovă aruncându-și conținutul bogat în elemente chimice în Univers. În cazul strămoșului lui Bob (SMSS J160540.18-144323.1), majoritatea acestor elemente chimice nu au fost aruncate, ci au căzut înapoi pe rămășițele supernovei.
Credit: NASA/Swift/Skyworks Digital/Dana Berry

În anumite privințe, Bob se comportă ca orice altă stea din punct de vedere al compoziției. Dar, pe lângă conținutul în fier, această stea prezintă și alte caracteristici specifice.

Bob are și un conținut ridicat de carbon. Acest conținut ridicat indică "influența unei supernove din Populația III care a explodat și materia acesteia s-a amestecat și a căzut înapoi". Deși ar putea exista alte motive pentru nivelul ridicat de carbon, precum o stea companion, autorii articolului nu sunt de acord cu acestea. "Explicațiile alternative sunt nesatisfăcătoare. O concentrație ridicată de carbon ar putea fi cauzată de poluarea unei alte stele, dar simulările indică o creștere similară și a nivelului de nitrogen". Totuși, nu există o astfel de creștere a nivelului de nitrogen.

O altă posibilă explicație este contaminarea din mediul interstelar, ipoteză ce este la rândul său respinsă de autori. "O stea ce inițial nu conține metal sau este săracă în metal, dar cu o concentraţie normală de carbon ar putea fi, de asemenea, poluată de mediul interstelar în urma procesului de acreție. Din nou, modelele acestui proces prezic o creștere semnificativă a nitrogenului alături de a carbonului relativ la nivelul scăzut al elementelor feroase și deci, poate fi infirmată, de asemenea".

Așadar, Bob s-a format la câteva sute de milioane de ani după Big Bang, într-un timp în care stelele ar fi trebuit să aibă o concentrație mai mare de metale decât cea a lui Bob. Totuși, nivelul neobișnuit de fier al lui Bob ne poate oferi informații despre predecesorul său. În momentul în care acest înaintaș a trecut în faza de supernovă, acesta ar fi trebuit să sintetizeze elemente mult mai grele prin nucleosinteză.



Acest tabel periodic al elementelor ne ajută să explicăm de unde provin elementele.
Credit : By Cmglee, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org


Cu toate acestea, din cauza puterii slabe a exploziei supernovei, acele elemente nu au fost împrăştiate în spațiu. Pe când Bob se forma, după ce explozia supernovei avusese loc, nu existau metale împrejur. Este foarte probabil ca acestea să fi fost atrase înapoi de rămășițele supernovei, ceea ce înseamnă că Bob a fost lipsit de fier și de alte elemente mai grele pe care astronomii se aşteaptă să le observe la stele de vârsta lui Bob.

Este foarte puțin probabil ca vreuna dintre primele stele sărace în metal din zorii universului să mai fi supraviețuit. Dar le putem vedea urmele lăsate în stele ca Bob.

Vestea bună este că putem studia primele stele prin intermediul copiilor lor – stele ce s-au născut după ele, asemenea celei pe care am descoperit-o.

 




Sursa: Traces of one of the oldest stars in the universe found inside another star