Το άστρο αποτελεί το πρώτο ξεκάθαρο παράδειγμα χημικού εμπλουτισμού από τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος μέσα σε ένα αρχέγονο περιβάλλον.
Το άστρο PicII-503 στον νάνο γαλαξία Pictor II, έχει εξαιρετικά μικρή περιεκτικότητα σε σίδηρο, λιγότερη από το 1/40.000 αυτής του Ήλιου. Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά το καλύτερο παράδειγμα άστρου μέσα σε ένα πρωταρχικό σύστημα που διατηρεί τον χημικό εμπλουτισμό των πρώτων άστρων του Σύμπαντος. Το PicII-503 παρουσιάζει επίσης εξαιρετικά μεγάλο πλεόνασμα άνθρακα, παρέχοντας τον κρίκο που έλειπε για να συνδεθούν τα, πλούσια σε άνθρακα, άστρα που παρατηρούνται στο άλω του Γαλαξία μας, με την προέλευσή τους από αρχαίους νάνους γαλαξίες.
Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα από τα πιο χημικά πρωτόγονα άστρα που έχουν εντοπιστεί, ένα αρχαίο αστρικό απολίθωμα που διατηρεί το χημικό αποτύπωμα των πρώτων άστρων του Σύμπαντος. Το άστρο αυτό, με την ονομασία PicII-503, βρίσκεται στον μικροσκοπικό, εξαιρετικά αμυδρό νάνο γαλαξία Pictor II. Η ανακάλυψη έγινε δυνατή χάρη στην κάμερα Dark Energy Camera (DECam), που κατασκευάστηκε από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και είναι τοποθετημένη στο τηλεσκόπιο 4 μέτρων, Víctor M. Blanco, του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών των ΗΠΑ, στο Παρατηρητήριο Cerro Tololo στη Χιλή, το οποίο ανήκει στο πρόγραμμα NSF NOIRLab.
Ο Pictor II βρίσκεται στον αστερισμό του Οκρίβαντα (Pictor). Περιέχει μερικές χιλιάδες άστρα και είναι ηλικίας άνω των δέκα δισεκατομμυρίων ετών. Το PicII-503 βρίσκεται στα εξωτερικά όρια του γαλαξία και περιέχει λιγότερο σίδηρο από οποιοδήποτε άλλο άστρο έχει μετρηθεί εκτός του Γαλαξία μας, ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζει μεγάλη περίσσεια άνθρακα. Αυτά τα χαρακτηριστικά ταιριάζουν ξεκάθαρα με εκείνα των άστρων πλούσιων σε άνθρακα που έχουν βρεθεί στα εξωτερικά μέρη του Γαλαξία μας, των οποίων η προέλευση μέχρι τώρα ήταν άγνωστη.
Τα πρώτα άστρα του Σύμπαντος σχηματίστηκαν από αέριο που περιείχε μόνο τα απλά στοιχεία υδρογόνο και ήλιο. Στους πυρήνες τους δημιούργησαν τα πρώτα στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο, όπως ο άνθρακας και ο σίδηρος, τα οποία οι αστρονόμοι αποκαλούν «μέταλλα». Όταν αυτά τα άστρα εξερράγησαν, απελευθέρωσαν τα βαριά στοιχεία στο διαστρικό μέσο, ώστε να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία της επόμενης γενιάς άστρων.
Τα άστρα δεύτερης γενιάς λειτουργούν σαν χρονοκάψουλες, διατηρώντας τις μικρές ποσότητες βαρέων στοιχείων που απελευθερώθηκαν από τους θανάτους των άστρων πρώτης γενιάς. Αναζητώντας αυτά τα σπάνια άστρα με χαμηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα και μελετώντας τη χημική τους σύσταση, οι επιστήμονες μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα τους μηχανισμούς παραγωγής των πρώτων στοιχείων στο Σύμπαν.
Το PicII-503 είναι το πρώτο ξεκάθαρο παράδειγμα άστρου δεύτερης γενιάς σε έναν εξαιρετικά αμυδρό νάνο γαλαξία. Εντοπίστηκε στα δεδομένα της έρευνας DECam MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK), ενός προγράμματος παρατηρήσεων 54 νυχτών που έχει σχεδιαστεί για να εντοπίζει τα αρχαιότερα και πιο χημικά πρωτόγονα άστρα στον Γαλαξία μας και στους συνοδούς νάνους γαλαξίες του. Χρησιμοποιώντας ένα ειδικό φίλτρο narrow-band που είναι ευαίσθητο στα χαρακτηριστικά απορρόφησης του ασβεστίου, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να εκτιμήσουν την περιεκτικότητα σε μέταλλα χιλιάδων άστρων μόνο από εικόνες.
Ανάμεσα σε εκατοντάδες άστρα κοντά στον Pictor II, τα δεδομένα του MAGIC ανέδειξαν το PicII-503 ως ένα εξαιρετικά φτωχό σε μέταλλα υποψήφιο, επιτρέποντας στους ερευνητές να το επιλέξουν για λεπτομερή μελέτη. «Χωρίς τα δεδομένα του MAGIC, θα ήταν αδύνατο να απομονωθεί αυτό το άστρο ανάμεσα στα εκατοντάδες άλλα άστρα στην περιοχή του Pictor II», δήλωσε ο Chiti.
Συνδυάζοντας δεδομένα από το MAGIC, το τηλεσκόπιο Magellan/Baade και το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του ESO, η ομάδα διαπίστωσε ότι το PicII-503 έχει τις χαμηλότερες ποσότητες σιδήρου και ασβεστίου που έχουν μετρηθεί ποτέ εκτός του Γαλαξία μας. Αυτή η έλλειψη σιδήρου και ασβεστίου το καθιστά το πρώτο αντικείμενο που διατηρεί ξεκάθαρα τον εμπλουτισμό από τα πρώτα άστρα σε έναν αρχαίο νάνο γαλαξία.
«Η ανακάλυψη ενός άστρου που διατηρεί ξεκάθαρα τα βαριά στοιχεία από τα πρώτα άστρα ήταν στα όρια αυτού που θεωρούσαμε δυνατό, δεδομένης της εξαιρετικής σπανιότητας αυτών των αντικειμένων», δήλωσε ο Chiti. «Με τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε σίδηρο που έχει βρεθεί ποτέ σε έναν τόσο αμυδρό νάνο γαλαξία, το PicII-503 προσφέρει ένα μοναδικό παράθυρο στην αρχική παραγωγή στοιχείων σε ένα πρωτογενές σύστημα.»
Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι η ομάδα διαπίστωσε πως το PicII-503 έχει αναλογία άνθρακα προς σίδηρο πάνω από 1500 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου. Η αναλογία ταιριάζει με το χαρακτηριστικό των άστρων φτωχών σε σίδηρο που παρατηρούνται εδώ και καιρό στην άλω του Γαλαξία μας, γνωστά ως άστρα φτωχά σε μέταλλα και πλούσια σε άνθρακα, των οποίων η προέλευση παρέμενε άγνωστη μέχρι τώρα.
Μία υπόθεση είναι ότι αυτά τα άστρα είναι δεύτερης γενιάς και διατηρούν τα στοιχεία που παρήχθησαν από εκρήξεις υπερκαινοφανών χαμηλής ενέργειας των πρώτων άστρων. Σε αυτή τη διαδικασία, τα βαριά στοιχεία όπως ο σίδηρος παραμένουν κοντά στο εσωτερικό και επιστρέφουν στο υπόλειμμα του άστρου, ενώ τα ελαφρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας εκτοξεύονται στο διάστημα και συμβάλλουν στο σχηματισμό νέων άστρων.
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
Το PicII-503 υποστηρίζει τη θεωρία, καθώς βρίσκεται σε έναν από τους μικρότερους γνωστούς νάνους γαλαξίες. Αν η έκρηξη που παρήγαγε τα στοιχεία του ήταν πολύ ισχυρή, τότε αυτά θα είχαν διαφύγει από τη βαρυτική έλξη του μικρού γαλαξία. Επιπλέον, δείχνει ότι τα παρόμοια άστρα στην άλω του Γαλαξία μας πιθανότατα προέρχονται από αρχαίους νάνους γαλαξίες που συγχωνεύτηκαν με τον δικό μας.
«Αυτό που με ενθουσιάζει περισσότερο είναι ότι παρατηρήσαμε το αποτέλεσμα της αρχικής παραγωγής χημικών στοιχείων σε έναν πρωταρχικό γαλαξία», δήλωσε ο Chiti. «Και αυτό συνδέεται άμεσα με τα χαρακτηριστικά που βλέπουμε στα πιο φτωχά σε μέταλλα άστρα του Γαλαξία μας.»
«Ανακαλύψεις σαν αυτή είναι κοσμική αρχαιολογία, αποκαλύπτοντας σπάνια αστρικά απολιθώματα που διατηρούν τα ίχνη των πρώτων άστρων του Σύμπαντος», δήλωσε ο Chris Davis του NSF NOIRLab.
Το PicII-503 προσφέρει μια σπάνια, άμεση ματιά στα πρώτα στάδια της χημικής εξέλιξης του Σύμπαντος, μια θεμελιώδη περίοδο που οδήγησε τελικά στη δημιουργία πλανητών, χημείας και ζωής, συμβάλλοντας παράλληλα στην κατανόηση της προέλευσης των αρχαίων άστρων.