Το πιο «παλιό» αστέρι. Scientists Find Traces Of Ancient Star From The Beginning Of The Universe

Τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος ήταν μεγάλα και έβρισκαν υπερβολικά βίαιο εκρηκτικό θάνατο σύμφωνα με μελέτη που εντόπισε τη χημική υπογραφή ενός πρωτο-αστέρα. Artist's impression of one of the first stars in the galaxy before it exploded, with a photograph of the star that formed from its remnants inset. Photo credit: National Astronomical Observatory of Japan.

Την «υπογραφή» ενός πρωτο-αστέρα υποστηρίζουν ότι εντόπισαν ιάπωνες αστροφυσικοί στη χημική σύσταση ενός άστρου που βρίσκεται στον αστερισμό του Κήτους και απέχει μόλις 1.000 έτη φωτός από τη Γη. Η ανακάλυψη, αν επιβεβαιωθεί, προσφέρει στους επιστήμονες την πρώτη «ματιά» στα πρώτα αστέρια που δημιουργήθηκαν στο Σύμπαν και δείχνει ότι αυτά ήταν εξαιρετικά μεγάλα και πέθαναν με έναν υπερβολικά βίαιο εκρηκτικό θάνατο.

Τα πρώτα άστρα

Artist's rendition of new generations of stars. The material that included heavy elements from the first-generation, very-massive stars mixed with hydrogen around the star. New generations of stars formed from the gas clouds that included small amount of heavy elements. SDSS J0018-0939, a low-mass star with a long lifetime, formed as one of these second-generation stars, recording the products of a first-generation very-massive star. (Credit: NAOJ)

Σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα των επιστημόνων τα πρώτα άστρα που δημιουργήθηκαν στο Σύμπαν είχαν μεγάλο μέγεθος (μετά τη Μεγάλη Έκρηξη στο Σύμπαν υπήρχε μόνο υδρογόνο, ήλιο και λίγο λίθιο, αέρια τα οποία μπορούν να «γεννήσουν» μόνο μεγάλους και φωτεινούς αστέρες) και σύντομη ζωή. Εικάζεται ότι μπορεί να ήταν έως και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερα από τον Ήλιο και ότι κατέρρευσαν σχετικά γρήγορα σε τεράστιες εκρήξεις σουπερνόβα δημιουργώντας την επόμενη γενιά αστέρων με βαρύτερα χημικά στοιχεία.

Ακριβώς όμως επειδή αυτή η πρώτη αστρική γενιά – η οποία αποκαλείται συχνά από τους αστρονόμους «πληθυσμός ΙΙΙ» – έλαμψε και έσβησε τόσο νωρίς σήμερα δεν μπορούμε να δούμε κανέναν εκπρόσωπό της. Αυτό περιορίζει σημαντικά τις γνώσεις μας καθώς το μέγεθος της μάζας των πρωτο-αστέρων είναι καθοριστικής σημασίας για τη διάρκεια της ζωής τους και για τα χημικά στοιχεία που θα μπορούσαν να παραγάγουν με τις εκρήξεις τους: όσο πιο μεγάλοι ήταν τόσο πιο γρήγορα θα κατέρρεαν, χωρίς να είναι σε θέση να παραγάγουν στοιχεία βαρύτερα από τον σίδηρο, ενώ αν ήταν μικρότεροι θα είχαν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και θα παρήγαγαν πιο βαριά στοιχεία.

Υπερμεγέθεις και υπερ-εκρηκτικοί

An optical image of the star SDSS J0018-0939, obtained by the Sloan Digital Sky Survey. This is a low-mass star with a mass about half that of the Sun; the distance to this star is about 1000 light years; its location in the sky is close to the constellation Cetus. (Credit: SDSS/NAOJ)

Τώρα μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Ουάκο Αόκι από το Εθνικό Αστεροσκοπείο της Ιαπωνίας στο Τόκιο (NAO) υποστηρίζει ότι εντόπισε ένα άστρο, το SDSS J001820.5–093939.2, το οποίο φαίνεται να έχει δημιουργηθεί από τη σκόνη που άφησε πίσω της η έκρηξη ενός πρωτο-αστέρα. Όπως περιγράφουν στη μελέτη τους που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science» οι ερευνητές εξέτασαν τον SDSS J001820.5–093939.2 με φάσματα υψηλής ανάλυσης από το ιαπωνικό τηλεσκόπιο Subaru στη Χαβάη και ανακάλυψαν ότι η χημική του σύσταση ξεφεύγει από τα συνηθισμένα. «Είναι ένα μοναδικό άστρο με ένα πολύ ιδιαίτερο χημικό μοτίβο το οποίο δεν έχουμε ξαναδεί ως τώρα» δήλωσε ο κ. Αόκι στο ειδησεογραφικό τμήμα του «Science».

Η χημική υπογραφή ενός από τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος εντοπίσθηκε από ιάπωνες αστροφυσικούς.  The chemical abundance ratios (with respect to iron) of SDSS J0018-0939 (red circles) compared with model predictions for a supernova explosion of a massive star. The model well-explains the chemical abundance ratios of a comparison star (a similar low-mass star, G39-36; blue triangles), whereas the lighter elements, such as carbon and magnesium, as well as the heavier element cobalt, of SDSS J0018-0939 are not well-reproduced. (Credit: NAOJ)

Σύμφωνα με τις αναλύσεις ο SDSS J001820.5–093939.2 ανήκει στους λεγόμενους αστέρες χαμηλής μεταλλικότητας αλλά διαφέρει από όλους τους άλλους Είναι υπερβολικά φτωχός σε μέταλλα: περιέχει λίγο σίδηρο (1.000 φορές λιγότερο από ό,τι ο Ηλιος) και σχεδόν καθόλου βαρύτερα μέταλλα όπως το στρόντιο ή το βάριο. Επίσης η χημική του σύσταση παρουσιάζει μεγάλη δυσαναλογία ανάμεσα στα στοιχεία με ζυγό ατομικό αριθμό (τα οποία είναι πολύ περισσότερο) και στα στοιχεία με μονό ατομικό αριθμό. «Τα χαρακτηριστικά αυτά προβλέπονται από τα μοντέλα νουκλεοσύνθεσης για υπερκαινοφανείς αστέρες ή αστέρες με μάζα μεγαλύτερη από 140 φορές από αυτή του Ηλιου» σημειώνουν οι ερευνητές στη μελέτη τους «κάτι το οποίο υποδηλώνει ότι η κατανομή μάζας των αστέρων πρώτης γενιάς ίσως εκτείνεται στις 100 ηλιακές μάζες ή και περισσότερο».

Αυτό σημαίνει ότι οι αστέρες του πληθυσμού ΙΙΙ ήταν μάλλον μεγαλύτεροι από ό,τι πίστευαν ως τώρα οι επιστήμονες κaι ότι, ακριβώς εξαιτίας του τεράστιου μεγέθους τους, κατέληγαν σε έναν εξαιρετικά βίαιο θάνατο. Ο κ. Αόκι υποστηρίζει ότι κατέρρεαν με εκρήξεις αστάθειας ζεύγους οι οποίες ήταν 10 ως 100 φορές πιο ισχυρές από αυτές των συνηθισμένων σουπερνόβα που μπορούμε να παρατηρήσουμε στον γαλαξία μας.  Ειδικοί από άλλα ερευνητικά κέντρα που δεν συμμετείχαν στη μελέτη χαρακτήρισαν τα ευρήματα σημαντικά, αν και ορισμένοι επεσήμαναν ότι δεν μπορεί να αποκλειστεί το ενδεχόμενο ο SDSS J001820.5–093939.2 να αποτελεί προϊόν όχι μόνο μιας αλλά περισσότερων αστρικών εκρήξεων. Κάποιοι εξέφρασαν την ελπίδα ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, που θα εκτοξευθεί το 2018 διαδεχόμενο το Hubble, θα μπορέσει να «συλλάβει» τα ίχνη κάποιας τέτοιας «αρχαίας» έκρηξης προσφέροντας σαφέστερα στοιχεία.