En extraordinär stjärna med ursprung i universums gryning
Forskare har hittat ett anmärkningsvärt objekt i en dvärgalax vars kemiska sammansättning påminner om förhållandena under universums första miljarder år. Stjärnan innehåller så lite tunga grundämnen att den erbjuder en enastående inblick i det tidiga universum.
Astronomer stötte på detta objekt i en liten, svagt lysande dvärgalax. Den kemiska sammansättningen är så fattig på grundämnen tyngre än väte och helium att den liknar tillståndet strax efter universums uppkomst.
Sådana objekt fungerar som tidskapslar som bevarar information om miljön från flera miljarder år tillbaka. Tack vare den extremt låga metalliciteten kan man vid studiet av en sådan stjärna få en glimt av den period då de första stjärngenerationerna höll på att bildas. Upptäckten bekräftar att vissa dvärgalaxer verkligen fungerar som kosmiska djupfrysare som bevarar primitivt material i nästan oförändrat skick under miljarder år.
Forskargruppen publicerade detaljerade analyser i den välrenommerade vetenskapliga tidskriften Nature Astronomy. Forskarna betonar att liknande fynd hjälper oss att förstå hur det tidiga universum såg ut och vilka processer som ledde till att det interstellära rymden berikades med tyngre grundämnen.
Var astronomerna hittade stjärnan PicII-503
Objektet fick beteckningen PicII-503 och befinner sig i dvärgalaxen Pictor II, ungefär 149 000 ljusår från jorden. Det rör sig om en så kallad ultraschwach dvärgalax – ett mycket litet och svagt system som förvånansvärt nog innehåller mycket gamla stjärnor.
Sådana galaxer utgör ett idealiskt område för astronomer som letar efter spår av de äldsta stjärnpopulationerna. Under miljarder år har de bevarat primitivt material i praktiskt taget oförändrat skick, eftersom det skett minimal nybildning av stjärnor inom dem. PicII-503 fångade omedelbart forskarnas uppmärksamhet när den kemiska sammansättningen uppmättes noggrant.
Pictor II tillhör de galaxer som kretsar runt Vintergatan som satelliter. Forskare från australiska och amerikanska universitet använde spektrografer på stora teleskop i Chile för sina observationer. Mätningarna avslöjade extremt låga metallvärden i stjärnans atmosfär.
Varför PicII-503 innehåller så lite tunga grundämnen
Den största överraskningen visade sig vara värdena för den så kallade metalliciteten – det vill säga andelen grundämnen tyngre än väte och helium. Inom astronomin kallas hela denna grupp för metaller, oavsett om det handlar om syre, järn eller kalcium.
Stjärnan PicII-503 uppvisar dessa extrema värden:
- Endast 1/43 000 av solens järnmängd
- Extremt låg kalciumhalt i atmosfären
- Nästan inga spår av tyngre grundämnen bildade i supernovor
- Kemisk sammansättning som motsvarar universums tidiga faser
- Metallicitetsvärden nära de teoretiska modellerna för de första stjärnorna
- Frånvaro av grundämnen skapade genom upprepade kärnreaktioner
Grundämnen tyngre än helium bildas inuti stjärnor genom kärnreaktioner eller vid supernovaexplosioner. När en stjärna exploderar sprider den dessa grundämnen ut i det interstellära rymden och berikar materialet för kommande generationer. PicII-503 bildades däremot från materia som genomgått minimal berikning.
Forskarna i teamet förklarar att en sådan stjärna måste ha bildats mycket tidigt efter Big Bang, när det i universum fanns väldigt få tunga grundämnen. Varje efterföljande stjärngeneration innehåller allt mer metaller, eftersom den formas ur material beriktat av tidigare generationer.
Hur dvärgalaxer bevarar primitiva stjärnor
Ultrasvaga dvärgalaxer fungerar som en sorts kosmiska djupfrysare. De innehåller en liten mängd materia och deras gravitation är inte tillräckligt stark för att hålla kvar gas som kastas ut av supernovor. Därför upphörde nybildningen av stjärnor i dem mycket snabbt.
Det gör att man i sådana galaxer kan hitta stjärnor som bildades under universums första miljarder år och vars omgivning sedan dess knappt förändrats. Pictor II är ett typiskt exempel på ett sådant system med en population av mycket gamla stjärnor.
Forskarna uppskattar att den materia som PicII-503 bildades ur troligtvis bara berikats av en enda supernova från den allra första stjärngenerationen. Astronomer kallar sådana stjärnor för population III och ingen av dem har hittills observerats direkt. PicII-503 ger därmed ett indirekt bevis på egenskaperna hos dessa hypotetiska objekt.
Varför denna upptäckt är viktig för vetenskapen
PicII-503 framstår nu som ett av de mest extrema exemplen på tidiga stjärnor som är kända utanför Vintergatan. Forskare har hittills bara hittat en handfull liknande objekt, varav de flesta befinner sig i vår egen galax.
Fyndet i dvärgalaxen bevisar att ultrasvaga satellitsystem verkligen bevarar stjärnor med primitiv kemisk sammansättning. Forskarna planerar nu att systematiskt söka igenom fler dvärgalaxer runt Vintergatan med hjälp av moderna spektrografer.
Sådana observationer kommer att hjälpa astronomer att bättre förstå hur universum berikades med tunga grundämnen under de första miljarderna åren. Varje ny stjärna med extremt låg metallicitet förfinar modellerna för det tidiga universum och processerna bakom de första stjärngenerationernas uppkomst.
Vad framtida forskning om liknande objekt kan ge
Forskarteamet planerar att fortsätta med spektroskopiska observationer av fler stjärnor i galaxen Pictor II och i andra ultrasvaga dvärgalaxer. Moderna teleskop i Chile och på Hawaii gör det möjligt att erhålla detaljerade spektra även för mycket svaga objekt.
Forskarna hoppas hitta fler stjärnor med en lika extrem kemisk sammansättning. Varje nytt objekt ger ytterligare data om förhållandena i det tidiga universum och bidrar till att verifiera de teoretiska modellerna för de första stjärnornas uppkomst. Det är möjligt att man till och med hittar stjärnor med ännu lägre metallicitet än PicII-503.
Har du någonsin funderat på vilka hemligheter som döljer sig i stjärnor som har lyst i miljarder år och minns en tid då universum såg helt annorlunda ut än idag?
