Незвичайна група астрономів використала дані «Слоанівський цифровий огляд неба-V» (Sloan Digital Sky Survey-V, SDSS-V) та спостереження за допомогою телескопів Magellan в обсерваторії Лас-Кампанас (Las Campanas Observatory, LCO) Інституту Карнеґі в Чилі, щоб відкрити у видимому Всесвіті найчистішу зорю під назвою SDSS J0715-7334. Результати дослідження оприлюднив журнал Nature Astronomy.

Полювання на найдавніші зорі Всесвіту

Під керівництвом Александра Джі (Alexander Ji) з Чиказького університету, колишнього постдокторанта обсерваторій Карнеґі, а також астрофізика з Інституту Карнеґі Юни Кольмеєр (Juna Kollmeier), яка очолює SDSS, що нині перебуває на п’ятому етапі реалізації, дослідницька група ідентифікувала зорю другого покоління цих небесних об’єктів, яка утворилася лише через кілька мільярдів років після початку Всесвіту.

«Ці незаймані зорі — це вікна у світанок зірок і галактик у Всесвіті», — пояснив Джі. Співавторами їхньої з Кольмеєр статті є студенти бакалаврату з Чиказького університету, яких Джі привіз до Лас-Кампанас для виконання спостережень торік на весняні канікули. «Під час мого першого візиту до LCO я закохався в астрономію, і було особливо цікаво поділитися таким позитивним досвідом зі своїми студентами».

Великий Вибух породив Всесвіт як гарячий каламутний суп з енергійних частинок. З часом, у міру розширення цієї суміші, частинки охолоджувалися та утворювали нейтральний газоподібний водень. Деякі ділянки були щільнішими за інші, і через кілька сотень мільйонів років їхня гравітація подолала силу, що розширювала Всесвіт, і речовина скупчилася. Це стало першим поколінням зір , які утворилися лише з водню та гелію.

Ці зорі енергійно сяяли й помирали молодими. Але перед цим у своїх «горнах» вони утворювали нові елементи, які заповнили космосу через вибухи, якими такі зорі завершували своє існування. І з цього «сміття» народжувалися нові зорі, які тепер містять ширший спектр елементів, ніж їхні попередники.

«Усі важчі елементи у Всесвіті, які астрономи називають металами, утворені в результаті зоряних процесів — від реакцій синтезу, що відбуваються всередині зір, до вибухів наднових та зіткнень між дуже щільними зорями», — сказав Джі. «Тож знахідка зорі з дуже малим вмістом металів підказала цій групі студентів, що вони зіткнуться з чимось дуже особливим».

Астрономи, такі як Джі та Кольмеєр, зацікавлені у пошуку стародавніх зір другого та третього покоління. Це дало б змогу показати, як змінювалося зореутворення протягом різних епох.

Чому рідкісні зорі важливі для науки

«Нам треба зазирнути в космічний простір, щоб знайти ці об’єкти, бо ми ще не можемо спостерігати окремі зорі на початку процесу зореутворення у Всесвіті. Оскільки ці зорі рідкісні, такі огляди, як SDSS-V, розроблені таким чином, щоб спостережні дані мали статистичну значимість для пошуку цих голок у зоряній копиці сіна та перевірки теорій зореутворення», — пояснила Кольмеєр.

Слоанівський цифровий огляд неба — один із найуспішніших та найвпливовіших оглядів в історії астрономії, а у процесі його п’ятого етапу, який очолює Кольмеєр, науковці отримують мільйони оптичних та інфрачервоних спектрів на всьому небі. Ця новаторська робота передбачає використання як телескопа дю Пон у Лас-Кампанас у південній півкулі, так і обсерваторії Апачі-Пойнт в Нью-Мексико у північній півкулі.

Багатство даних SDSS-V дало змогу Джі та його учням ідентифікувати зорі з дуже малою кількістю важких елементів. Потім у Лас-Кампанас вони використали найсучасніші телескопи «Магеллана», щоб отримати спектри високої роздільної здатності цих кандидатів. Дивовижно, але магія сталася на світанку під час першого запуску «Магеллана» для спостережень, і SDSS J0715-7334 була підтверджена як новий золотий стандарт зоряної чистоти.

Потужне партнерство телескопів у Чилі

«Екосистема телескопів у Лас-Кампанас була вирішальною майже для кожного аспекту цієї проривної роботи, від даних дю Пона, зібраних у рамках картографування Молочного Шляху SDSS-V, до спостережень за допомогою «Магеллана», що показали, якою особливою є SDSS J0715-7334», — сказав Майкл Блантон (Michael Blanton), директор і голова Наукових обсерваторій Карнеґі імені Кровфорда Х. Ґріневальта.

У Лас-Кампанас розташовано чотири телескопи Карнеґі. Для цього дослідження застосували два з них і показали, як інновації в приладобудуванні можуть стимулювати відкриття протягом усього терміну служби телескопа.

Цей взаємозв’язок підкреслює маршрут Джі та студентів у Лас-Кампанас. У ніч після прибуття вони відвідали телескоп дю Пон, щоб побачити спостерігачів SDSS-V. Вони наполегливо працюють над отриманням нових даних, які буде додано до величезного обсягу ресурсів проєкту для астрономів-аматорів та професійних астрономів. Вже наступного вечора студенти виконали власні спостереження на телескопі «Магеллан — Клей».

На щастя, після відкриття Джі зміг перепланувати решту семестру таким чином, щоб студенти могли глибше зануритися у свою знахідку — реальний приклад для його студентів того, що здатність до змін є критично важливою для наукових проривів.

Студенти з класу «Польовий курс з астрофізики» професора Чиказького університету Александра Джі позують перед телескопом Magellan Clay («Магеллан — Клей») в обсерваторії Лас-Кампанас Інституту Карнеґі в Чилі. Своїми тілами вони показують слово MIKE, посилаючись на спектрограф Magellan Inamori Kyocera Echelle (MIKE), який вони використовували на телескопі, щоб зробити своє революційне відкриття. Авторські права на зображення: Zhongyuan Zhang. Фото з сайту https://phys.org.

Студенти навчаються у зорі-рекордсменки

«Коли я була студенткою, я набагато більше надавала перевагу дослідженню, ніж відвідуванню занять. Я рада, що курс Алекса перетворився на навчальну програму відкриттів, і я хотіла би переконатися, що такі огляди, як SDSS-V та Gaia, мають силу зробити це нормою, а не винятком», — сказала Кольмеєр.

Глибший аналіз спектрів, отриманих за допомогою «Магеллана», показав, що зоря SDSS J0715-7334 містить менше 0,005 % від вмісту металів у Сонці. Вона вдвічі бідніша на метали, ніж попередній рекордсмен серед найбідніших зір, і має особливо низький вміст заліза та вуглецю. Фактично, вона у 40 разів бідніша на метали, ніж найбідніша на залізо відома зоря.

Завдяки використанню даних місії Gaia («Ґайя») Європейського космічного агентства, студенти також змогли визначити: SDSS J0715-7334, яка лежить приблизно за 80 000 світлових років від Землі, народилася в іншому місці та з часом була втягнута в нашу галактику Молочний Шлях.

«Підготовка наступного покоління астрономів має вирішальне значення для майбутнього нашої галузі. А формування інтересу до наукової практики через реалізацію таких проєктів — чудовий спосіб забезпечити допитливим молодим учням можливість побачити себе в астрофізиці», — підсумував Джі. «Час моєї роботи постдоком у Карнеґі був вирішальним для мого професійного зростання, і я радий, що зміг використати цей досвід, запросивши своїх студентів до Лас-Кампанас».

За інф. з сайту https://phys.org