To nie po prostu bardzo stara gwiazda. Jej skład może mówić o tym, jak rodziły się pierwsze małomasywne gwiazdy po narodzinach Wszechświata.
Grupa studentów z Uniwersytetu w Chicago pracując na danych z przeglądu Sloan Digital Sky Survey namierzyła gwiazdę tak ubogą w cięższe pierwiastki, iż astronomowie uznali ją za najbardziej pierwotną z dotąd poznanych. Wszystko wskazuje na to, iż SDSS J0715-7334 powstała bardzo wcześnie w historii kosmosu, a potem przez miliardy lat wędrowała, aż trafiła do Drogi Mlecznej z Wielkiego Obłoku Magellana.
Najpierw była praca domowa. Potem trafiła się gwiazda z kosmicznego świtu
Odkrycie nie zaczęło się od wielkiego programu obserwacyjnego zarezerwowanego dla zawodowych łowców sensacji, tylko od zajęć dydaktycznych. 10 studentów na kursie astrofizyki prowadzonym przez prof. Alexa Jiego analizowało dane z najnowszej fazy SDSS. Przejrzeli kilka tys. obiektów, a potem wytypowali 77 gwiazd do dokładniejszych obserwacji podczas wyjazdu do obserwatorium Las Campanas w Chile.
Przełom przyszedł błyskawicznie. Już pierwszej nocy na teleskopie, 21 marca 2025 r., druga obserwowana gwiazda okazała się tak niezwykła, iż całkowicie zmieniła plan kursu. Zamiast krótkiej, 10-minutowej sesji, studenci wrócili do niej kolejnej nocy i obserwowali ją przez 3 godz. To właśnie wtedy stało się jasne, iż nie patrzą na jeszcze jedną, wcześniej nieznaną starą gwiazdę, tylko na obiekt z absolutnie skrajnej półki.
Co tak naprawdę znaleźli?
SDSS J0715-7334 znajduje się około 80 tys. lat świetlnych od Ziemi. Na pierwszy rzut oka to po prostu gwiazda w halo naszej galaktyki, ale jej skład chemiczny okazał się naprawdę sensacyjny. Astronomowie nazywają metalami wszystkie pierwiastki cięższe od wodoru i helu. W tej gwieździe jest ich zaledwie 0,005 proc. tego, co widzimy w Słońcu. To oznacza, iż powstała z materii niemal nietkniętej przez wcześniejsze pokolenia gwiazd i supernowych.
W artykule w Nature Astronomy zespół podaje jeszcze dokładniejsze parametry: niezwykle niską zawartość żelaza i węgla oraz łączną metaliczność poniżej poziomu uznawanego dotąd za rekordowy. To nie jest więc tylko bardzo stara gwiazda. To obiekt tak chemicznie ubogi, iż daje astronomom wyjątkowo czysty wgląd w warunki panujące bardzo wcześnie po narodzinach Wszechświata.
Dlaczego taki skład oznacza wielki wiek?
Tu dochodzimy do sedna. Wodór i hel powstały głównie po Wielkim Wybuchu. Cięższe pierwiastki, takie jak węgiel, tlen, krzem czy żelazo, powstają później w gwiazdach i są rozrzucane w kosmos podczas wybuchów supernowych. Im mniej takich domieszek ma gwiazda, tym większa szansa, iż uformowała się bardzo wcześnie, zanim Wszechświat zdążył się nimi porządnie wzbogacić.
Właśnie dlatego badacze traktują SDSS J0715-7334 jako jedną z najstarszych znanych gwiazd i zarazem jako możliwego przedstawiciela bardzo wczesnych pokoleń obiektów gwiazdowych. Nikt tu nie twierdzi, iż patrzymy na pierwszą gwiazdę we Wszechświecie. Chodzi raczej o to, iż to jedna z najczystszych chemicznie pozostałości po epoce, gdy kosmos dopiero uczył się produkować cięższe pierwiastki.
To nie jest nasza gwiazda. Przyleciała z innej galaktyki
Na tym sensacja się jednak nie kończy. Zespół połączył dane spektroskopowe z informacjami z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, która bardzo precyzyjnie mierzy pozycje i ruchy gwiazd. Dzięki temu udało się odtworzyć orbitę SDSS J0715-7334 i wyjść poza sam skład chemiczny. Wniosek był zaskakujący. Okazało się, iż gwiazda nie urodziła się w Drodze Mlecznej. Najpewniej pochodzi z halo Wielkiego Obłoku Magellana, największej galaktyki satelitarnej naszej.
To właśnie stąd wziął się jej przydomek pradawna imigrantka. Jest stara niemal do bólu, a jednocześnie obca – przybyła do naszej galaktyki z zewnątrz. Taki obiekt jest dla astronomów wyjątkowo cenny, bo pokazuje, iż ślady bardzo wczesnej historii kosmosu nie są zapisane wyłącznie w Drodze Mlecznej. Czasem trzeba ich szukać także w gwiazdach, które zostały przez nią przechwycone.
Jeszcze dziwniejszy jest brak węgla
Badacze zwrócili uwagę na jeszcze jeden detal. W gwieździe węgla jest tak mało, iż nie udało się go wiarygodnie wykryć. To ważna wskazówka dotycząca tego, jak w ogóle mogły powstawać małomasywne gwiazdy tuż po pierwszych supernowych. W pracy naukowej autorzy podkreślają, iż przy tak niskiej metaliczności obecne modele wymagają udziału chłodzenia przez pył kosmiczny, aby wyjaśnić narodziny takiej gwiazdy.
Mówiąc prościej: sam gaz mógł nie wystarczyć. Potrzebne były drobiny pyłu, które pomagały materii tracić energię i rozpadać się na mniejsze fragmenty, z których mogły urodzić się gwiazdy o niewielkiej masie. Właśnie takie obiekty mają szansę przeżyć do dziś. Największe, najwcześniejsze gwiazdy dawno już zniknęły. jeżeli chcemy odczytać ich historię, musimy szukać jej śladów w takich kosmicznych skamieniałościach.
Gwiazda starsza niż wiele galaktycznych rekordów
Autorzy pracy skazują, iż SDSS J0715-7334 jest ponad 10 razy bardziej chemicznie pierwotna niż najbardziej skrajne galaktyki z bardzo wczesnego Wszechświata obserwowane przez teleskop Jamesa Webba. To mocne porównanie oznacza, iż czasem bliższy pojedynczy obiekt może mówić nam o narodzinach kosmosu więcej niż odległe galaktyki oglądane na granicy możliwości dzisiejszych teleskopów.
W publikacji pojawia się też hipoteza, iż wzorzec cięższych pierwiastków w tej gwieździe da się wyjaśnić przez wkład bardzo wczesnej supernowej po gwieździe o masie początkowej około 30 mas Słońca. To nie znaczy, iż znamy jej rodzica z imienia i nazwiska. Oznacza raczej, iż skład chemiczny SDSS J0715-7334 zachował zapis po jednym z bardzo dawnych wybuchów, który wzbogacił materiał, z którego później się uformowała.
