Odkryto gwiazdę niemal pozbawioną metali. To córka pierwszych gwiazd

Czy możliwe jest odnalezienie gwiazdy niemal tak pierwotnej jak te, które powstały zaraz po Wielkim Wybuchu? Astronomowie właśnie znaleźli obiekt najbliższy temu ideałowi - gwiazdę zawierającą zaledwie 0,005% metali obecnych w Słońcu. SDSS J0715-7334 może być bezpośrednim potomkiem jednej z pierwszych gwiazd we wszechświecie.

Dlaczego nie widzimy pierwszych gwiazd?

→ Czytaj też: Brązowe karły są „trochę gotyckie”. Teleskop NASA zajrzał w ich samotną ciemność

Pierwsze gwiazdy, określane przez astronomów jako Populacja III, powstały z niemal czystego wodoru i helu - jedynych pierwiastków dostępnych we wczesnym wszechświecie. W ciągu pierwszych trzech minut po Wielkim Wybuchu powstały tylko trzy elementy: wodór, hel i śladowe ilości litu. Wszystkie pozostałe pierwiastki w układzie okresowym musiały zostać wytworzone później przez gwiazdy.

„Gwiazdy Populacji III były masywne, żyły szybko i umierały młodo, albo gwiazdy o najmniejszej masie, które mogłyby przetrwać do dziś, są niezwykle rzadkie” - wyjaśnia Kevin Schlaufman z Johns Hopkins University. Nikt nigdy nie zaobserwował bezpośrednio gwiazdy Populacji III. Dlatego odkrycie SDSS J0715-7334 ma takie znaczenie.

Gwiazda została początkowo zidentyfikowana przez Schlaufmana w danych ze Sloan Digital Sky Survey w 2014 roku. Niezależnie odkrył ją ponownie w 2025 roku zespół studentów prowadzony przez Alexandra Ji z University of Chicago.

Rekordowo niska zawartość metali

→ Czytaj też: Kosmiczne działo wycelowane w Ziemię. Astronomowie ogłaszają pierwszy mikroblazar w naszej galaktyce

Używając spektrografu Magellan Inamori Kyocera Echelle na 6,5-metrowym teleskopie Magellan Clay w obserwatorium Las Campanas w Chile, zespół Ji i Schlaufmana zmierzył dokładną zawartość pierwiastków cięższych w gwieździe. Astronomowie nazywają te pierwiastki „metalami”, choć obejmują one zarówno węgiel i tlen, jak i aluminium czy żelazo.

Słońce składa się z 74,9% wodoru, 23,8% helu i 1,3% metali - proporcje te odzwierciedlają wiele pokoleń gwiazd, które przez miliardy lat wzbogacały wszechświat w ciężkie pierwiastki. SDSS J0715-7334 to niemal wyłącznie wodór i hel, z zaledwie 0,005% zawartości metali w porównaniu do naszej gwiazdy.

Żadna inna znana gwiazda nie jest tak pierwotna. Poprzedni rekordzista, obiekt SDSS J1029+1729 w Drodze Mlecznej, ma dwukrotnie większą zawartość ciężkich pierwiastków.

„Gwiazda ma tak mało węgla, że sugeruje to, iż za jej powstanie odpowiedzialny był wczesny pył kosmiczny” - komentuje Alexander Ji.

Ślad po supernowej z zarania czasu

Na podstawie składu chemicznego badacze odtworzyli historię gwiazdy. Ciężkie pierwiastki w SDSS J0715-7334 pochodzą z supernowej gwiazdy Populacji III, która wybuchła w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Produkty tej eksplozji szybko skaziły pierwotną chmurę molekularnego wodoru i helu, z której następnie powstała obserwowana dziś gwiazda.

Zespół ustalił, że gwiazda Populacji III, która uległa supernowej, miała masę przynajmniej 30 razy większą od Słońca. Jej eksplozja była bardziej energetyczna niż typowe supernowe obserwowane współcześnie.

„Choć ta gwiazda sama nie ma pierwotnego składu, jest najbliższa pokoleniu gwiazdowemu Populacji III, jaką kiedykolwiek znaleźliśmy według tej konkretnej metryki” - uzupełnia Schlaufman.

Starożytny imigrant z Obłoku Magellana

SDSS J0715-7334 znajduje się 80 000 lat świetlnych od Ziemi i wydaje się migrować z zewnętrznego halo Wielkiego Obłoku Magellana (LMC). Studenci Ji nadali jej przydomek „Starożytny Imigrant”.

Wielki i Mały Obłok Magellana to stosunkowo nowi przybyli w pobliżu Drogi Mlecznej. Przez większość swojej historii galaktyki te nie formowały intensywnie gwiazd i nie budowały zapasów pierwiastków chemicznych. Dopiero wpływ grawitacyjny naszej galaktyki uruchomił w nich procesy gwiazdotwórcze.

„Możliwe, że znajdziemy względnie większy odsetek gwiazd ultra-ubogich w metale w galaktykach takich jak Obłoki Magellana niż w naszej własnej Drodze Mlecznej” - ocenia Schlaufman.

Sloan Digital Sky Survey, zlokalizowany w Apache Point Observatory w Nowym Meksyku, okazuje się doskonałym narzędziem do poszukiwania starożytnych, pierwotnych gwiazd. Przeprowadza szeroko zakrojone przeglądy nieba, wykonując optyczne i podczerwone pomiary spektroskopowe milionów gwiazd i galaktyk.

„Wciąż jest wiele do zrobienia, aby zrozumieć, co działo się w tamtej epoce dawno, dawno temu, kiedy Droga Mleczna była młoda” - podsumowuje Schlaufman. „Dopiero zarysowaliśmy powierzchnię w obecnej fazie Sloan Digital Sky Survey.”

Badania opublikowano 3 kwietnia w Nature Astronomy.