Современные звезды характеризуются большим разнообразием химических элементов по сравнению со звездами предыдущих поколений. Однако, как же различить старые звездные поколения и еще более древние? Металличность и тех, и других крайне низка, а для изучения истории звездообразования во Вселенной необходимы самые древние светила. В ходе нового исследования авторам удалось обнаружить характерную особенность таких звезд в нашей Галактике.
Мы знаем, где искать древние звезды — в сверхтусклых карликовых галактиках, эти объекты вращаются вокруг Млечного Пути. Они возникли более 12 миллиардов лет назад. Звезды, входящие в их состав, характеризуются крайне низким содержанием металлов, с показателем соотношения железа к водороду [Fe/H], варьирующимся от минус двух до минус трех. У некоторых из них этот показатель еще ниже – приблизительно минус четыре. Металличность Солнца ([Fe/H] = 0) принимается за «норму).
В сверхтусклых карликовых галактиках звездообразование прекратилось после периода реионизации. Звезды с низким содержанием металлов отличаются исключительной продолжительностью жизни, из-за чего химический состав этих галактик практически не претерпел изменений. Сложность заключается в том, что эти звезды находятся на значительном расстоянии от Земли и обладают крайне низкой светимостью. Нашим оборудованием удается идентифицировать лишь отдельные звезды – самые яркие холодные красные гиганты – и то с большим трудом. В результате формируется выборка, не отражающая общей картины.
Нам необходимы звезды, подобные тем, что существуют в древних галактиках, но расположенные ближе к нам. Млечный Путь возник в результате последовательного объединения подобных древних скоплений. Поэтому древние звезды можно обнаружить даже в окрестностях центра Млечного Пути, однако наиболее легко их найти в гало Галактики. Сложность заключается в том, что «обычные», то есть более молодые звезды гало также характеризуются низкой металличностью. Выход из этой ситуации предложила группа исследователей из Массачусетского технологического института (США).
В новой работе, результаты которой опубликованы в журнале Ежемесячные известия Королевского астрономического общества , астрономы исследовали шесть звезд, расположенных в гало и характеризующихся очень низким содержанием металлов. Для получения наиболее точных измерений элементного состава были проведены дополнительные наблюдения. Затем ученые сопоставили полученные данные с результатами других исследований.
Сравнивая данные шести звезд с данными звезд гало и звезд, входящих в состав карликовых галактик, исследователи определили, что содержание стронция и бария позволяет отличить древние звезды от звезд гало. Ключевым показателем является соотношение стронция к водороду [Sr/H], которое должно быть меньше минус 4,5. Именно по содержанию этих двух элементов можно идентифицировать наиболее древние звезды.
Для подтверждения полученных результатов исследователи проанализировали траектории движения этих звезд, используя данные, полученные в ходе обзора «Гайя». Анализ показал, что все объекты движутся в направлении, противоположном вращению Галактики. Это говорит о том, что они не могли возникнуть в этом месте, а были захвачены в гравитационное поле Млечного Пути в результате слияния с древним звездным скоплением. Все три звезды расположены в различных областях гало, находясь на удалении приблизительно в 30 тысяч световых лет от Земли. Для сопоставления: диаметр диска Млечного Пути составляет около 100 тысяч световых лет.
В своей статье авторы предложили именовать эти объекты звездами, формирующимися в «малых аккреционных звездных системах». Ученые предполагают, что среди звезд, принадлежащих к данному типу, могут встречаться светила с повышенным содержанием стронция, однако это увеличивает риск их ошибочной идентификации как объекты, принадлежащие к гало.
Проанализировав существующие обзоры и научные работы, исследователи выявили в гало еще 61 звезду с низким содержанием стронция. Особенности их состава позволяют предположить, что в ранних структурах потока вещества (SASS), поглощенных Млечным Путем, сверхновых было относительно немного.
Сверхновые звёзды производили крайне различное количество и состав элементов. Однако они демонстрировали значительное разнообразие. Таким образом, вероятно, что с самых ранних этапов существования Вселенной происходило формирование большей части, если не всех химических элементов, несмотря на относительно небольшое их количество в ранней Вселенной.