Komunikat prasowy

Gwiazda, która nie powinna istnieć

31 sierpnia 2011

Zespół europejskich astronomów użył Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) do wytropienia w Drodze Mlecznej gwiazdy, której istnienie uważano za niemożliwe. Naukowcy odkryli, że gwiazda zbudowana jest prawie wyłącznie z wodoru i helu, z jedynie śladowymi ilościami innych pierwiastków chemicznych. Ten intrygujący skład chemiczny plasuje ją w „strefie zakazanej” w powszechnie akceptowanej teorii formowania się gwiazd, co oznacza, że obiekt ten nigdy nie powinien zaistnieć. Wyniki badań ukażą się w czasopiśmie „Nature” w wydaniu z września 2011 roku.

Słaba gwiazda w konstelacji Lwa, zwana SDSS J102915+172927 [1], okazała się rekordzistką pod względem najmniejszej zawartości pierwiastków cięższych od helu (które astronomowie nazywają „metalami”) spośród wszystkich zbadanych do tej pory gwiazd. Obiekt ma masę mniejszą niż Słońce i prawdopodobnie liczy sobie 13 miliardów lat

“Powszechnie akceptowana teoria przewiduje, że gwiazdy takie jak ta, o małej masie i ekstremalnie małej zawartości metali, nie powinny istnieć, ponieważ obłoki materii, z których mogłyby się uformować, nigdy nie powinny ulec kondensacji.” [2] powiedziała Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Niemcy oraz Observatoire de Paris, Francja), główna autorka artykułu. “Niespodzianką było odnalezienie po raz pierwszy gwiazdy w ‘strefie zakazanej’, a to oznacza, że trzeba zrewidować niektóre z modeli formowania się gwiazd.”

Zespół przeanalizował własności gwiazdy korzystając z instrumentów X-shooter oraz UVES, pracujących na VLT [3]. Pozwoliły one zmierzyć w jakich ilościach występują w gwieździe różne pierwiastki chemiczne. Okazało się, że proporcje metali w SDSS J102915+172927 są 20 000 razy mniejsze niż w przypadku Słońca [4][5].

“Gwiazda jest słaba i tak uboga w metale, że mogliśmy wykryć jedynie śladowe oznaki jednego z pierwiastków cięższych od helu – wapnia – w trakcie naszych pierwszych obserwacji.” Powiedział said Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Francja), który kierował projektem. „Musieliśmy aplikować o dodatkowy czas na teleskopie u Dyrektora Generalnego ESO, aby zbadać światło gwiazdy bardziej szczegółowo, stosując dłuższe ekspozycje, aby poszukać innych metali.

Kosmologowie wierzą, że najlżejsze pierwiastki chemiczne – wodór i hel – zostały utworzone krótko po Wielkich Wybuchu, razem z niewielką ilością litu [6], natomiast prawie wszystkie inne pierwiastki zostały uformowane później w gwiazdach. Wybuchy supernowych rozprzestrzeniły materię gwiazd w ośrodku międzygwiazdowym, wzbogacając go w metale. Nowe gwiazdy formowały się z tego wzbogaconego ośrodka, więc w ich składzie chemicznym znajduje się więcej metali niż w przypadku gwiazd starszych. Wobec powyższego proporcje metali w gwiazdach mówią nam jak stare są to obiekty.

“Gwiazda, którą zbadaliśmy jest ekstremalnie uboga w metale, co oznacza, że jest pierwotna. Może być jedną z najstarszych gwiazd kiedykolwiek zaobserwowanych” dodaje Lorenzo Monaco (ESO, Chile), również zaangażowany w badania.

Jednak bardzo zaskakujący był brak litu w SDSS J102915+172927. Tak stara gwiazda powinna mieć skład podobny do składu Wszechświata krótko po Wielkim Wybuchu, z nieco większą liczbą metali. Ale zespół stwierdził, że proporcje litu w gwieździe są co najmniej pięćdziesiąt razy mniejsze niż oczekiwane.

“Jest zagadką w jaki sposób lit, który uformował się zaraz po początku Wszechświata, został w gwieździe zniszczony” zwrócił uwagę Bonifacio.

Badacze wskazują także, że ta dziwna gwiazda nie jest prawdopodobnie unikalna. „Zidentyfikowaliśmy kilka innych kandydatek, które mogę mieć podobne, a nawet mniejsze poziomy metali, niż SDSS J102915+172927. Planujemy teraz przeprowadzić ich obserwacje za pomocą VLT, aby sprawdzić czy tak jest w rzeczywistości.” podsumowuje Caffau.

Uwagi

[1] Gwiazda została skatalogowana przez Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Cyfry oznaczają pozycję obiektu na niebie.

[2] Według powszechnie akceptowanych teorii formowania się gwiazd o masach tak małych, jak SDSS J102915+172927 (około 0,8 masy Słońca lub mniej), mogły one powstać jedynie po wybuchach supernowych, które wzbogaciły ośrodek międzygwiazdowy powyżej krytycznej wartości. Powodem jest fakt, że cięższe pierwiastki działają jak „elementy chłodzące”, pomagając w wypromieniowaniu ciepła z obłoków gazu, które potem mogą kolapsować, aby uformować gwiazdy. Bez tych metali ciśnienie spowodowane ciepłem byłoby zbyt silne, a grawitacja obłoku zbyt słaba, żeby je przezwyciężyć i rozpocząć kolaps. W szczególności jedna z teorii wskazuje węgiel i tlen jako główne czynniki chłodzące, a w przypadku SDSS J102915+172927 ilość węgla jest niższa niż minimum potrzebne do tego, aby chłodzenie było efektywne.

[3] X-shooter oraz UVES to spektrografy VLT – instrumenty używane do rozdzielenia światła obiektów astronomicznych na składowe kolory, co pozwala na szczegółową analizę składu chemicznego. X-shooter może podczas jednej ekspozycji objąć bardzo szeroki zakres długości fali w widmie obiektu (od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni). UVES, czyli Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph, to instrument optyczny o wysokiej rozdzielczości.

[4] Odkryta w 2005 roku gwiazda HE 1327-2326 ma najniższą znaną zawartość żelaza, ale jest bogata w węgiel. Obecnie zbadany obiekt ma najniższą proporcję metali, gdy bierzemy pod uwagę wszystkie pierwiastki chemiczne cięższe od helu.

[5] Teleskopy ESO brały znaczący udział w wielu odkryciach gwiazd z najmniejszą zawartością metali. Niektóre z wcześniejszych badań zostały opisane w eso0228 oraz eso0723, a najnowsze odkrycie pokazuje, ze obserwacje za pomocą teleskopów ESO przybliżyły astronomów do odnalezienie pierwszej generacji gwiazd.

[6] Termin pierwotna nukleosynteza odnosi się do produkcji pierwiastków chemicznych zwierających więcej niż jeden proton w kilka chwil po Wielkim Wybuchu. Wydarzyła się ona w bardzo krótkim czasie, umożliwiając powstanie wodoru, helu i litu, ale żadnych cięższych pierwiastków. Teoria Wielkiego Wybuchu przewiduje, a obserwacje to potwierdzają, że materia pierwotna była złożona z około 75% (masy) wodoru, 25% helu i śladowych ilości litu.

Więcej informacji

Wyniki badań zostały opisane w artykule “An extremely primitive halo star“, Caffau et al., który ukaże się 1 września 2011 roku w czasopiśmie “Nature”.

Skład zespołu badawczego: Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg [ZAH], Niemcy oraz GEPI — Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS, Francja [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI oraz Université de Picardie Jules Verne, Amiens, Francja), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching, Niemcy oraz GEPI), Lorenzo Monaco (ESO, Chile), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH and GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Włochy), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Włochy), Paolo Molaro (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Włochy), Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Cassiopée, Nicea, Francja).

ESO, Europejskie Obserwatorium Południowe, jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 40-metrowej klasy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT

Kontakt

Dr Elisabetta Caffau
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg / Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Heidelberg / Paris, Germany / France
Tel.: +49 6221 54 1787 or +33 1 4507 7873
E-mail: Elisabetta.Caffau@obspm.fr

Dr Piercarlo Bonifacio
Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS
Paris, France
Tel.: +33 1 4507 7998 or +33 1 4047 8031
Tel. kom.: +33 645 380 509
E-mail: Piercarlo.Bonifacio@obspm.fr

Dr Lorenzo Monaco
ESO
Santiago, Chile
Tel.: +56 2 463 3022
E-mail: lmonaco@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych