Ученые с помощью прибора GRACES обсерватории Gemini определили поток C-19, недавно найденный благодаря спутнику Gaia, как остаток старого шарового скопления. Расположенный на окраине Млечного Пути, поток состоит из звезд с необычайно низким содержанием тяжелых элементов. Возможно, это фрагмент ранней Вселенной.
Международная группа учёных нашла новый поток звёзд, вращающийся вокруг Млечного Пути. Поток C-19 находится южнее спирали галактики. Его орбита проходит на расстоянии примерно 20 тысяч световых лет от центра галактики в ближайшей точке и 90 тысяч световых лет в самой дальней точке. C-19 не виден без телескопа, но он простирается по ночному небу на расстояние, примерно в 30 раз большее ширины полной Луны.
Члены группы обнаружили C-19 в данных с спутника ЕКА Gaia с помощью алгоритма для поиска звездных потоков. Чтобы выяснить происхождение звезд, астрономы использовали спектрограф телескопа Gran Telescopio Canarias на Канарских островах, телескоп Gemini North в обсерватории Gemini на Гавайях и прибор GRACES (Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph). Наблюдения показали низкую металличность звезд C-19, что указывает на происхождение из древнего шарового скопления, дающего информацию о формировании первых звезд.
C-19 имеет беспрецедентную металличность
Шаровые скопления — очень старые группы звёзд, появившиеся во Вселенной в ранние её этапы. Сейчас большую часть их мы наблюдаем в виде потоков звёзд, так как гравитация галактики со временем разнесла их. Раньше считалось, что металличность таких скоплений не может быть ниже 0,2 %, но скопление C-19 имеет необычайно низкую металличность — менее 0,05 %, что меньше, чем наблюдалось ранее для шаровых скоплений в Млечном Пути и его окрестностях. Ведущий автор исследования Николя Мартин из Страсбургской астрономической обсерватории сообщил:
Неизвестно, существуют ли шаровые скопления с таким небольшим количеством тяжелых элементов. Некоторые теории предполагают, что такие скопления вообще не могли образоваться. Другие теории утверждают, что они давно исчезли, что делает это открытие ключевым для понимания формирования звезд в ранней Вселенной.
Что означает этот дефицит металлов?
Астрономы применяют слово «металлы» для обозначения всех химических элементов, превосходящих по атомной массе гелий. Такое определение связано с тем, что основную массу обычной материи во Вселенной составляют два элемента – водород и гелий. Солнце, выбранное в качестве точки отсчета, обладает металличностью 0,012. Это значит, что всего 1,2% Солнца представлено элементами тяжелее гелия (преимущественно кислородом, углеродом и железом).
Элементы тяжелее гелия образуются главным образом в ядрах звезд во время ядерного синтеза. В конце жизни звезды эти тяжелые элементы выбрасываются во Вселенную и входят в состав новых звезд. Старые звезды ранней Вселенной имеют меньшую металличность, чем молодые, так как сформировались совсем недавно в среде с большим содержанием металлов.
Благодаря высокоразрешающей спектроскопии GRACES обсерватории Gemini учёные получили точные данные о химическом составе звёзд C-19. Наблюдения выявили, что соотношение натрия и магния в этих звёздах варьируется в три раза. Такое распределение характерно для звёзд в древних шаровых скоплениях.
Наблюдения Gemini North предполагают, что скопление образовалось из поколений очень старых звезд. Открытие звездного потока с низкой металличностью, происходящего из шарового скопления, важно для теорий звездообразования, скоплений и галактик ранней Вселенной. Сама нить указывает на то, что шаровые скопления и первые блоки Млечного Пути сформировались в среде с низким содержанием металлов, прежде чем последующие поколения звезд обогатили Вселенную тяжелыми элементами. Теперь мы можем изучать самые древние структуры в нашей галактике, как останки ранней Вселенной. ».
Что мы можем обнаружить в будущем?
Международное сотрудничество ученых и использование современных научных инструментов привели к новым гипотезам о структуре, эволюции и формировании Млечного Пути. В будущем будет интересно продолжить работу с инструментом GRACES, созданным совместными усилиями Канады, Франции, Гавайского телескопа (CFHT), обсерватории Джемини NOIRLab и NRC-Herzberg в Канаде. Это позволит провести более глубокий спектроскопический анализ звездных потоков и лучше понять историю нашей галактики, а также Вселенной.
Полный текст исследования доступен в журнале Nature. .