Egy csillagászok egy nemzetközi csoportjának az ESO nagyon nagy távcsövével végzett UVES spektrométer általi megfigyelései a Paranal Obszervatóriumban (Chile) új fényt vettek a Tejút galaxis legkorábbi korszakába.
A gömb alakú klaszterben lévő két csillag berilliumtartalmának első mérése (NGC 6397) - a jelenlegi csillagászati technológiát a határ felé tolva - lehetővé tette a korai szakasz megvizsgálását a tejben az első csillaggeneráció kialakulása között. Ennek a csillagfürtnek a módja. Ez az időtartam 200 - 300 millió év volt.
A csillagok életkora az NGC 6397-ben, csillagok evolúciós modelljeivel meghatározva, 13 400? 800 millió év. A két időintervallum hozzáadásakor a Tejút életkora 13 600? 800 millió év.
Az univerzum életkorának jelenleg a legjobb becslése, amelyet például a kozmikus mikrohullámú háttér méréseiből lehet következtetni, 13 700 millió év. Az új megfigyelések tehát azt mutatják, hogy a Tejút galaxisában a csillagok első generációja nem sokkal azután alakult, hogy a Nagyrobbanást követő ~ 200 millió éves „Sötét korok” befejeződött.
A Tejút kora
Hány éves a Tejút? Mikor gyulladtak meg az első csillagok galaxisunkban?
A Tejút rendszer kialakulásának és fejlődésének megfelelő megértése elengedhetetlen az univerzum ismerete szempontjából. Ennek ellenére a kapcsolódó megfigyelések a legnehezebbek közé tartoznak, még a rendelkezésre álló legteljesebb távcsövekkel is, mivel ezek a régi, távoli és leginkább halvány égi tárgyak részletes vizsgálatát foglalják magukban.
Gömb klaszterek és a csillagok kora
A modern asztrofizika képes megmérni bizonyos csillagok korát, azaz eltelt idő, mióta óriási csillagközi csillagközi gáz- és porfelhőkben való páralecsapódás képezte őket. Néhány csillag csillagászati szempontból nagyon „fiatal”, alig néhány millió éves, mint a közeli Orion-ködben. A Napot és annak bolygórendszerét kb. 4560 millió évvel ezelőtt alakították ki, de sok más csillag már sokkal korábban kialakult. A Tejút legrégebbi csillagai közül néhány nagy csillagfürtökben található, különösen a „gömb alakú klaszterekben” (PR Photo 23a / 04), úgynevezett gömb alakjuk miatt.
A gömbös klaszterhez tartozó csillagok együtt születtek, ugyanabból a felhőből és ugyanabban az időben. Mivel a különböző tömegű csillagok eltérő sebességgel fejlődnek, meglehetősen jó pontossággal meg lehet mérni a gömbös klaszterek korát. A legrégebbiek több mint 13.000 millió éves korukban találhatók.
Mindazonáltal ezek a klasztercsillagok nem voltak az első csillagok, amelyek a Tejút során kialakultak. Ezt tudjuk, mert kis mennyiségben tartalmaznak bizonyos kémiai elemeket, amelyeket egy hatalmas csillagok egy korábbi generációjában szintetizálni kellett, amelyek rövid és energikus élet után szupernóvákként robbantak fel. A feldolgozott anyagot felhőkben helyezték el, ahonnan a csillagok következő generációi készültek, vö. ESO PR 03/01.
Az intenzív keresések ellenére eddig nem volt lehetséges megtalálni ennek az első generációnak a kevésbé masszív csillagait, amelyek ma még mindig ragyognak. Ezért nem tudjuk, mikor alakultak ki ezek az első csillagok. Egyelőre csak azt mondhatjuk, hogy a Tejútnak idősebbnek kell lennie, mint a legrégebbi gömbös klaszter csillagoknak.
De mennyi idősebb?
Berillium mentésre
Amit az asztrofizikusok szeretnének, az tehát egy olyan módszer, amellyel megmérjük a Tejút első csillagai (amelyek közül sokan gyorsan szupernóvák) kialakulása és az ismert korú gömb alakú csillagok csillagok kialakulása közötti időtartamot mérik. Ezen időintervallum és a csillagok kora összege tehát a Tejút kora lesz.
Az ESO Paranal Obszervatóriumában a VLT-vel folytatott új megfigyelések áttörést mutattak ebben az irányban. A mágikus elem a „berillium”!
A berillium az egyik legkönnyebb elem [2] - a leggyakoribb és stabil izotóp (berillium-9) magja négy protont és öt neutronot tartalmaz. Csak a hidrogén, a hélium és a lítium könnyebb. De míg ezeket a háromat a Nagyrobbanás alatt állították elő, és bár a nehezebb elemek többsége később a csillagok belsejében került előállításra, a berillium-9-et csak „kozmikus szaplatációval” lehet előállítani. Vagyis a gyorsan mozgó, nehezebb magok szétaprózódásával - amelyek az említett szupernóvák robbanásaiból származnak és energiás „galaktikus kozmikus sugaraknak” hivatkoznak -, amikor összeesnek a fénymagokkal (többnyire protonokkal és alfa-részecskékkel, azaz hidrogén- és héliummagokkal) a csillagközi közeg.
Galaktikus kozmikus sugarak és a berillium óra
A galaktikus kozmikus sugarak a korai Tejút egész területén haladtak, a kozmikus mágneses mező vezetve. Az így kapott berilliumtermelés meglehetősen egységes volt a galaxisban. A berillium mennyisége az idő múlásával növekedett, ezért működhet „kozmikus óraként”.
Minél hosszabb idő telt el az első csillagok kialakulása (vagy helyesebben a szupernóva-robbanásokban való gyors elhalásuk) és a gömb alakú klasztercsillagok kialakulása között, annál magasabb volt a berilliumtartalom azon csillagközi közegben, amelyből képezték őket . Tehát, ha feltételezzük, hogy ez a berillium megőrződik a csillagok atmoszférájában, minél több berillium található egy ilyen csillagban, annál hosszabb az első intervallum az első csillagok kialakulása és a csillag között.
A berillium ezért egyedi és kritikus információkat szolgáltathat nekünk a Tejút korai szakaszának időtartamáról.
Nagyon nehéz megfigyelés
Eddig jó. Ennek a randevú módszernek az elméleti alapjait az elmúlt három évtizedben fejlesztették ki, és ehhez csak az szükséges, hogy megmérjék néhány gömbös klaszter csillag berilliumtartalmát.
De ez nem olyan egyszerű, mint amilyennek hangzik! A fő probléma az, hogy a berillium néhány millió fok feletti hőmérsékleten pusztul el. Amikor egy csillag a világító óriásfázis felé fejlődik, erőszakos mozgás (konvekció) lép be, a felső csillag légkörben lévő gáz érintkezésbe kerül a forró belső gázzal, amelyben az összes berillium elpusztult, és a csillag atmoszférában a kezdeti berillium-tartalom így jelentősen hígítva. A berillium óra használatához ezért meg kell mérni ennek az elemnek a tartalmát kevésbé masszív, kevésbé fejlett csillagokban a gömb alakú klaszterben. És ezek az úgynevezett „turn-off (TO) csillagok” lényegében halványak.
Valójában a leküzdendő technikai probléma háromszoros: Először is, minden gömbös klaszter meglehetősen távol van, és mivel a mérni kívánt csillagok lényegében halványak, meglehetősen halványnak tűnnek az égen. Még az NGC6397-ben is, a második legközelebbi gömb alakú klaszterben a TO-csillagok vizuális nagysága ~ 16, vagy 10000-szor halványabb, mint a szabad szemmel látható legvékonyabb csillag. Másodszor, csak két berillium aláírás (spektrális vonal) látható a csillagok spektrumában, és mivel ezek a régi csillagok viszonylag kevés berilliumot tartalmaznak, ezek a vonalak nagyon gyengék, főleg, ha összehasonlítjuk a többi elem szomszédos spektrális vonalát. És harmadszor: a két berilliumvonal egy kicsit feltárt spektrumrégióban helyezkedik el 313 nm hullámhosszon, azaz a spektrum ultraibolya részében, amelyet erősen befolyásol a 300 nm hullámhosszon lévő földfelszíni atmoszféra abszorpciója, amely alatt a földről történő megfigyelés már nem lehetséges.
Nem csoda, hogy ilyen megfigyeléseket még soha nem tettek meg, a technikai nehézségek egyszerűen leküzdhetetlenek voltak.
A VLT és az UVES elvégzi a munkát
Az ESO és az ultraibolya fényre különösen érzékeny ESO nagyon nagy teleszkópjának 8,2 méteres Kuyen távcsőjével, amely az ultraibolya fényre különösen érzékeny, az ESO és az olasz csillagászok [1] egy csoportjának sikerült megszereznie az első megbízható a berilliumtartalom mérése két TO-csillagban („A0228” és „A2111” jelöléssel) az NGC 6397 gömb alakú klaszterben (PR Photo 23b / 04). Körülbelül 7200 fényév távolságban az Ara déli csillagképében egy gazdag csillagtér irányában található, ez a két legközelebbi csillagfürt egyike; a másik a Messier 4.
A megfigyeléseket 2003 folyamán több éjszaka végezték. A tizenhat fényerõsségû csillagok mindegyikének több mint 10 órán át tartó expozíciója a VLT-t és az UVES-t a müszaki határérték felé tolta. A technológiai haladás tükrében a csapat vezetője, az ESO csillagász, Luca Pasquini felemelkedik: „Néhány évvel ezelőtt bármilyen ilyen megfigyelés lehetetlen lett volna, és csupán csillagász álma maradt!”
Az így kapott halvány csillagok spektrumai (PR Photo 23c / 04) a berillium-ionok gyenge szignatúráit mutatják (Be II). A megfigyelt spektrum összehasonlítása különböző berilliumtartalmú szintetikus spektrumok sorozatával (asztrofizikában: „bőség”) lehetővé tette a csillagászoknak, hogy megtalálják a legmegfelelőbb illesztést, és így megmérjék a berillium nagyon kis mennyiségét ezekben a csillagokban: minden berillium atomhoz vannak körülbelül 2224 000 000 000 hidrogénatom.
A berilliumvonalak láthatók egy másik, hasonló csillagban, mint ezek a csillagok, HD 218052, vö. PR fénykép 23c / 04. Ugyanakkor nem tagja a klaszternek, korának messze nem ismert, mint a klasztercsillagoké. Berilliumtartalma meglehetősen hasonló a fürtcsillagokéhoz, ami azt jelzi, hogy ez a mezőcsillag a klasztertel nagyjából egy időben született.
A nagy robbanástól mostanáig
A jelenlegi legjobb szolizációs elméletek szerint a berillium mért mennyiségének fel kell halmozódnia 200 - 300 millió év alatt. Daniele Galli, az olasz csillagász, a csapat másik tagja elvégzi a számítást: „Tehát most már tudjuk, hogy a Tejút kora sokkal több, mint a gömbös klaszter kora - galaxisunknak tehát 13.600-nak kell lennie? 800 millió éves. Ez az első alkalom, amikor független módon meghatározzuk ezt az alapvető értéket! ”.
A megadott bizonytalanságokon belül ez a szám nagyon jól illeszkedik a világegyetem korának 13 700 millió éves becsléséhez, azaz a nagy robbanás óta eltelt időhöz. Ennélfogva úgy tűnik, hogy a Tejút galaxisában a csillagok első generációja a „sötét kor” véget ért időpontban jött létre, amelyről most úgy gondolják, hogy kb. 200 millió évvel a Nagyrobbanás után.
Úgy tűnik, hogy a rendszer, amelyben élünk, valóban lehet a világ egyik galaxisának alapító tagja.
Több információ
Az ebben a sajtóközleményben bemutatott kutatást az Pasquini L. és társszerzõk „Az NGC 6397 kikapcsolódásának csillagai: Korai galaxis-elrendezés, kozmochronológia és klaszterek kialakulása” című cikkben tárgyalják, amelyet az európai kutatási folyóiratban közzétesznek. „Csillagászat és asztrofizika” (astro-ph / 0407524).
Eredeti forrás: az ESO sajtóközleménye
