Астрономы идентифицировали звезду с наименьшим содержанием металлов среди всех известных звезд, находящихся в окрестностях нашей галактики. Она находится в Большом Магеллановом Облаке, спутнике Млечного Пути, и отличается исключительно низким содержанием элементов, тяжелее гелия. По мнению исследователей, эта звезда образовалась из газа, который остался после взрыва сверхновой звезды, относящейся к населению III — первых звезд, возникших во Вселенной после Большого Взрыва. Данное открытие может предоставить важные сведения для понимания процессов, лежащих в основе формирования первых звезд и галактик.
Изначально, после Большого Взрыва, Вселенная была преимущественно заполнена гелием и водородом. Более тяжелые элементы, например, металлы, в том числе железо, возникли позднее – в недрах звезд в процессе ядерного синтеза. Когда первые звезды достигли конца своего жизненного цикла, эти металлы распространились в космосе, обогатив межзвездное пространство и предопределив формирование последующих звездных поколений. Следовательно, возраст звезды можно определить по ее содержанию металлов: чем старше звезда, тем меньше в ней металлов. Содержание металлов в звезде позволяет установить ее возраст или период формирования.
Первые звезды, возникшие после Большого взрыва, уже давно прекратили свое существование. Теоретические расчеты показывают, что для начала ядерного синтеза в их ядрах, где в качестве топлива присутствовали только водород и гелий, необходимы были массы, во много раз превышающие массу Солнца. Эти звезды, вероятно, очень быстро росли и взрывались как сверхновые. Для выявления признаков этих древнейших светил астрономы часто изучают удаленные галактики, расположенные на границах наблюдаемой Вселенной и отличающиеся чрезвычайно низким содержанием тяжелых элементов. Альтернативный метод заключается в поиске в нашей окрестности старых звезд второго поколения — непосредственных наследников первых звезд (третьего поколения) и обладающих небольшой массой.
Если эти звезды второго поколения имели меньшую массу, чем Солнце, они могли бы просуществовать до наших дней. Ученые из Чикагского университета полагают, что им удалось обнаружить одну из них в Большом Магеллановом Облаке. Исследователи утверждают, что первые звезды образовались из изначального газа, что обусловило их огромную массу, из-за чего ни одна из них не смогла дожить до сегодняшнего дня. В случае, если их непосредственные потомки оказались звездами с достаточно малой массой, они могли бы существовать и по сей день, и были бы идентифицируемы по своей крайне низкой металличности.
Команда астрономов выявила красного гиганта под названием SDSS J0715-7334, характеризующегося крайне низкой металличностью – в десять раз меньше, чем у самых старых известных галактик, идентифицированных недавно космическим телескопом «Джеймс Уэбб». Спектральный и химический анализ указывает на то, что ее общая металличность составляет менее 7,8 × 10^-7. Для сопоставления, предыдущий рекорд, принадлежавший старой звезде из Млечного Пути, имел металличность около 1,4 × 10^-6. Таким образом, эта звезда примерно вдвое беднее металлами по сравнению с предыдущим рекордсменом и более чем в десять раз беднее металлами, чем звезда с наименьшим содержанием железа. По мнению исследователей, эта звезда демонстрирует наиболее чистую химическую композицию среди всех известных объектов во Вселенной.
Химический состав звезды SDSS J0715-7334 указывает на то, что она, вероятно, образовалась из остатков и газа, выброшенных сверхновой звезды поколения III, чья масса составляла около 30 солнечных масс. Её состав также проливает свет на процессы охлаждения, происходившие в ранних поколениях звезд: она является лишь второй звездой, обнаруженной ниже так называемого «порога тонкой структуры охлаждения». Этот порог характеризует эффективность охлаждения некоторых протозвездных газовых облаков, обусловленную наличием тяжелых элементов, способных высвобождать больше энергии. Исследователи полагают, что для достаточного охлаждения газовых облаков и формирования звезд с таким низким содержанием металлов необходимо охлаждение посредством космической пыли. Существующие модели формирования маломассивных звезд не способны объяснить существование SDSS J0715-7334, если не учитывать, что охлаждение пылью было доступно на этапе её формирования.
Помимо крайне низкой металличности, звезда характеризуется и необычайно низким содержанием углерода, что подчеркивает ее уникальность. Даже другие звезды с пониженным содержанием железа обычно содержат заметное количество углерода. Практически полное отсутствие углерода указывает на то, что в области формирования звезды присутствовало обилие охлажденной пыли. Анализ движения SDSS J0715-7334 позволяет предположить наличие в Большом Магеллановом Облаке и других подобных звезд. Обнаружение таких звезд позволило бы установить прямую взаимосвязь между местными наблюдениями и исследованиями примитивных галактик с помощью телескопа «Джеймс Уэбб».