Поиск древних звёзд

Звездная археология: в поисках древних звезд

Может прозвучать странно, но поиск первых звезд подобен поиску древних гробниц.
Вселенная сильно изменилась с тех пор, как были «захоронены» первые звезды. Первоначальная среда, в которой они образовались, сейчас заполнена молодыми звездами и их беспорядочными сверхновыми. Это затрудняет поиск древних космических объектов.
Звезды первого поколения (как их называют) были древними «чудовищами» гигантских размеров, в несколько сотен раз превосходившими массу нашего Солнца.
Жили они недолго, их продолжительность жизни составляла всего несколько миллионов лет по сравнению с 10 миллиардами лет жизни менее массивных звезд (например, как Солнце). Это эквивалентно тому, как если бы человек состарился и умер всего через три дня после рождения.
Несмотря на такое короткое время жизни, эти звезды больше всего ответственны за изменение Вселенной.
Они освещали вселенную, облучая ее и заполняя металлами, которые затем могли образовывать звезды, планеты и даже нас с вами.
На сегодняшний день астрономы до сих пор не обнаружили ни одной звезды первого поколения. Где же они?
Ограниченность инструментов, а также «засоренность» космического пространства затруднили поиск этих древних артефактов.
Но в последние годы были сделаны некоторые многообещающие открытия, указывающие на потомков звезд первого поколения.

Металл в небе
Казалось бы, поиск не должен быть таким сложным. В конце концов, отблеск звездного света трудно не заметить.
Но поиски звезды первого поколения среди миллиардов объектов в Млечном Пути напоминают поиски подлинных древнеегипетских артефактов на какой-нибудь беспорядочной распродаже сувениров.
Для человеческого глаза звезда, родившаяся 13 миллиардов лет назад, выглядит почти так же, как звезда такой же массы, родившаяся 4 миллиарда лет назад.
Но для астрофизиков в первую очередь важно определить содержание металлов в звездах, поскольку первые звезды вообще не содержали металл.
Ученые оценивают содержание металлов, измеряя, какой процент звезды составляет определенный металл. Эта оценка делается на основе силы линий поглощения металла в спектре. Затем эта доля сравнивается с таким же количеством металла на Солнце.
Бедная железом звезда состоит из меньшей доли железа, чем Солнце, даже если звезда очень большая и имеет большее количество железа с точки зрения массы.
Среди всех металлов именно железо дает самые сильные линии поглощения, которые легче всего измерить с помощью оптических телескопов.
Кроме того, оказалось, что железо также является хорошим индикатором общей металличности.
Если звезда содержит меньшую долю железа, чем Солнце, ее называют «бедной» металлом, а если большую — «богатой» металлом.
Новые звезды богаты металлами, потому что они образовались из газа, уже насыщенного металлами от предыдущих сверхновых.
Звезды, которые образуются в наше время, обычно имеют общее содержание металла около 2 процентов от массы (всего 2 процента, а мы называем их «богатыми» металлами!)
Стоит помнить, что водород всегда был и будет главным компонентом звезды. Разница в содержании водорода между древней и «современной» звездой не большая, но все же имеет значение.
Чем старше звезда, тем меньше в ней содержится металла. На самом деле, звездные «археологи» редко заинтересованы в поисках какой-либо звезды, если она не содержит менее 1/10 000 доли железа (по сравнению с Солнцем). Такие объекты называют звездами с ультра-бедным содержанием металлов.

Находки ученых
По состоянию на середину 2020 года было зафиксировано лишь несколько звезд с содержанием железа ниже 1/10 000.
Технические ограничения телескопов или помехи от других звезд привносят очень правдоподобные «подделки» в спектральные линии.
Поэтому анализ, который проводят ученые с целью понять и удалить эту погрешность, является жизненно важной работой.

Текущий рекордсмен по самому низкому содержанию железа — это звезда SMSS J1605-1443.
Обнаруженная в 2018 году, эта мега-звезда с гало, бедная металлами, содержит менее 1/1000000 доли от «солнечного» железа.
Это очень мало, а значит, это и есть искомая звезда первого поколения? К сожалению, нет. Уровни других тяжелых металлов, присутствующих в спектре, слишком высоки. Она просто не могла создать их все сама — ей должна была «помочь» предыдущая сверхновая.
Это все равно что почти идеально подделать египетскую мумию, но оставить на запястье умные часы.
Уровни железа, обнаруженные в SMSS J1605-1443, были низкими, но они определенно были.
Однако есть одна звезда, на которой вообще не было обнаружено железа — SM0313-6708, зафиксированная в 2012 году.
Спектроскопия высокого разрешения SM0313-6708 в 2013 году не показала … ничего особенного.
Вместо леса линий поглощения у этой звезды почти не было активности и присутствовали только четыре металла: литий, углерод, магний и кальций.
Везде, где должен был быть провал, связанный с наличием железа, была просто жирная линия, указывающая на отсутствие железа.
Можно сказать совершенно точно, что это звезда, бедная железом, — по крайней мере 1/10 000 000 от «солнечного» железа.
Это звучит многообещающе. Была обнаружена звезда, в которой, похоже, полностью отсутствует железо. Получается, это звезда первого поколения? К сожалению, это еще одно «нет».
Были обнаружены только четыре металлических элемента, но все же их количества были слишком большими. Их нельзя было получить исключительно путем ядерного синтеза в пределах первой звезды. Однако это было мучительно близко.

Уровни металлов, обнаруженные в SM0313-6708, настолько низкие, что они могли образоваться из облака, обогащенного всего лишь одной сверхновой! Итак, то, что мы здесь видим, не является звездой первого поколения, но вполне может быть первым потомком!

Новая надежда?
Есть реальная надежда, что однажды мы «откопаем» уцелевшую первую звезду.
Средняя звезда первого поколения, как полагают, была в десятки или сотни раз больше массы Солнца.
Но моделирование показывает, что в то же время образовался «хвост» из маломассивных звезд.
Чем массивнее звезда, тем короче ее жизнь, поэтому только звезды, масса которых составляет 80% массы Солнца или меньше, могут существовать сегодня.
Обнаружить их непросто, но есть версия, что гало галактики — хорошее место для их поиска, потому что там меньше «засорение» более молодыми звездами.

Прогресс в звездной «археологии» был значительным: ученые отыскали металличность до 1/10 000000 содержания железа, достигнув точки, при которой вообще не обнаруживается железо.
По мере того, как ученые разрабатывают технологию для выбора наиболее многообещающих звезд-кандидатов среди миллиардов вариантов, есть надежда, что будет увеличен размер выборки звезд с низким содержанием металлов.
Но не стоит ожидать слишком многого. Если сегодня и существует популяция звезд с малой массой, она, вероятно, будет «засорена», скрыта от глаз, и остается открытым вопрос о том, позволит ли технология обойти все это.
Хоть и не удалось обнаружить ту самую первую звезду, которая вообще не содержала металлов, но зато было обнаружено то, что ученые считают первым «потомком». Это звезда, соединяющая популяции звезд без металлов и звезд с низким содержанием металлов. Это не неудача. Будущее звездной «археологии» еще далеко от завершения!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector