Значительное открытие сделали астрономы, которое позволяет лучше понять ранние стадии развития Вселенной. Исследуя объекты, хранящие информацию о первых космических событиях, ученые идентифицировали одну из древнейших звезд, когда-либо зафиксированных. Данный объект, обозначенный как PicII-503, был обнаружен в ультраслабой карликовой галактике Pictor II, находящейся на удалении около 150 тысяч световых лет от нашей планеты. Она подобна своеобразной «капсуле времени», способной предоставить сведения о формировании первых химических элементов.
Использование Dark Energy Camera (DECam), расположенной на телескопе Víctor M. Blanco в Чили, позволило сделать это открытие. Наблюдения проводились в рамках обзора MAGIC, направленного на поиск старейших звезд с низким содержанием металлов. Звезда PicII-503 содержит меньше железа, чем любая другая звезда, обнаруженная за пределами Млечного Пути – всего 1/40 000 от количества этого элемента в Солнце. Вместе с тем, в ее составе зафиксировано необычно высокое содержание углерода.
Уникальный набор химических элементов делает PicII-503 одним из наиболее заметных представителей звезд второго поколения. Она образовалась из вещества, которое было создано первыми звездами, появившимися во Вселенной. Эти первые светила, известные как звезды населения III, состояли преимущественно из водорода и гелия. В процессе ядерных реакций, происходящих в их недрах, образовались первые тяжелые элементы. Когда эти гиганты взорвались как сверхновые, они обогатили межзвездную среду новыми веществами. PicII-503, таким образом, сохранила признаки этого процесса, предоставив астрономам уникальную возможность непосредственно изучить последствия начального этапа химической эволюции космоса.
Химические особенности PicII-503 имеют принципиальное значение. Помимо крайне низкого содержания железа, отношение углерода к железу в этой звезде в более чем 1500 раз превышает показатели Солнца. Аналогичная химическая сигнатура ранее уже фиксировалась у некоторых очень старых звезд, расположенных во внешнем гало Млечного Пути, однако их происхождение оставалось не вполне понятным. PicII-503 теперь предоставляет прямое объяснение: эти звезды, скорее всего, образовались в небольших первичных карликовых галактиках, напоминающих Pictor II, и были впоследствии поглощены нашей Галактикой в процессе ее развития. Также это открытие стало первым примером обнаружения звезды второго поколения непосредственно в ультраслабой карликовой галактике.
По мнению астрономов, аномально высокое содержание углерода связано с взрывами сверхновых, характеризующимися невысокой энергией. В ходе таких процессов тяжелые элементы, включая железо, обычно возвращаются к ядру звезды, находящейся в стадии коллапса, в то время как более легкие, такие как углерод, выбрасываются в межзвездное пространство. Изучая химический состав звезд, подобных PicII-503, исследователи способны реконструировать процессы, посредством которых первые звезды синтезировали и распределяли элементы по всей Вселенной. Такой метод, получивший наименование «космическая археология», предоставляет возможность исследования периодов, которые не поддаются прямому наблюдению.
Положение PicII-503 в пределах ультраслабой карликовой галактики также имеет значение. Pictor II представляет собой миниатюрную систему с небольшим объемом и слабой гравитацией, что оказывает влияние на удержание химических элементов, образовавшихся в результате взрывов сверхновых. Если бы первые звёзды взрывались с исключительной силой, значительная часть химических элементов могла бы покинуть галактику из-за её слабого гравитационного притяжения. Наблюдаемый уникальный химический состав PicII-503 указывает на то, что сверхновые, которые в нём участвовали, были умеренными по мощности, что позволило веществу оставаться внутри системы и способствовать рождению новых звёзд.
Благодаря сопоставлению данных, полученных в рамках обзора MAGIC, с более подробными наблюдениями, сделанными с помощью Очень большого телескопа и телескопа Magellan/Baade, стало возможным с высокой точностью определить химический состав звезды и подтвердить её крайне древнее происхождение. PicII-503 является прямым доказательством процессов химического обогащения вещества в ранних галактиках. Исследуя подобные объекты, астрономы смогут глубже понять, как Вселенная эволюционировала от простого состава, состоящего преимущественно из водорода и гелия, до сложного разнообразия элементов, которое мы наблюдаем в настоящее время. Значительную поддержку этим исследованиям в ближайшие месяцы окажет обзор LSST (Legacy Survey of Space and Time), который будет осуществляться на обсерватории Веры Рубин.