Promatranja međunarodnog tima astronoma sa UVES spektrometrom na ESO-ovom vrlo velikom teleskopu u Opservatoriju Paranal (Čile) bacila su novo svjetlo u najraniju epohu galaksije Mliječni put.
Prvo mjerenje sadržaja Berilija u dvije zvijezde u globularnom klasteru (NGC 6397) - gurajući trenutnu astronomsku tehnologiju prema granici - omogućilo je proučavanje rane faze između formiranja prve generacije zvijezda u Mliječnoj Način i put ovog zvjezdanog skupa. Nađeno je da taj vremenski interval iznosi 200 - 300 milijuna godina.
Starost zvijezda u NGC 6397, određeno pomoću modela evolucije zvjezdanih zvijezda, iznosi 13.400? 800 milijuna godina. Dodavanje dva vremenska intervala daje dobi Mliječnog puta, 13.600? 800 milijuna godina.
Trenutno najbolja procjena starosti svemira, kako se izvodi, na primjer, iz mjerenja kozmičke mikrovalne pozadine, iznosi 13.700 milijuna godina. Nova zapažanja pokazuju da se prva generacija zvijezda u galaksiji Mliječni put formirala ubrzo nakon kraja ~ 200 milijuna godina dugog "mračnog vijeka" koji je uspio Veliki prasak.
Doba Mliječnog puta
Koliko je godina Mliječni put? Kada su se zapalile prve zvijezde u našoj galaksiji?
Pravilno razumijevanje formiranja i evolucije sustava Mliječnog puta presudno je za naše znanje o Svemiru. Unatoč tome, promatranja u vezi s njima su među najtežima, čak i s najsnažnijim dostupnim teleskopima, jer uključuju detaljno proučavanje starih, udaljenih i uglavnom slabih nebeskih objekata.
Globusne nakupine i vijekovi zvijezda
Moderna astrofizika sposobna je mjeriti starost određenih zvijezda, to je vrijeme koje je proteklo otkad su nastale kondenzacijom u ogromnim međuzvjezdanim oblacima plina i prašine. Neke su zvijezde vrlo „mlade“ u astronomskom smislu, stare samo nekoliko milijuna godina, poput onih u obližnjoj maglici Orion. Sunce i njegov planetarni sustav formirali su se prije otprilike 4,560 milijuna godina, ali mnoge su druge zvijezde formirale mnogo ranije. Neke od najstarijih zvijezda na Mliječnom putu nalaze se u velikim zvjezdanim nakupinama, posebno u „globularnim grozdovima“ (PR Photo 23a / 04), nazvanim zbog svog sfernog oblika.
Zvijezde koje pripadaju kugličnom grozdu rođene su zajedno, iz istog oblaka i u isto vrijeme. Budući da se zvijezde različitih masa razvijaju različitim brzinama, moguće je mjeriti starost kuglastih nakupina s razmjerno dobrom točnošću. Otkriveno je da su najstariji stari više od 13.000 milijuna godina.
Ipak, ove zvijezde nisu bile prve zvijezde koje su se formirale u Mliječnom putu. To znamo jer sadrže male količine određenih kemijskih elemenata koji su sigurno bili sintetizirani u ranijoj generaciji masivnih zvijezda koje su eksplodirale kao supernove nakon kratkog i energičnog života. Obrađeni materijal se taložio u oblacima od kojih su napravljene sljedeće generacije zvijezda, usp. ESO PR 03/01.
Unatoč intenzivnim potragama, do sada nije bilo moguće pronaći manje masivne zvijezde ove prve generacije koje bi i danas mogle zasjati. Dakle, ne znamo kada su nastale ove prve zvijezde. Za sada možemo samo reći da Mliječni put mora biti stariji od najstarijih zvijezda kuglastih grozdova.
Ali koliko stariji?
Berilij u pomoć
Stoga bi astrofizičari željeli imati metodu za mjerenje vremenskog intervala između formiranja prvih zvijezda na Mliječnom putu (od kojih su mnoge brzo postale supernove) i trenutka formiranja zvijezda u globularnom skupu poznatog doba. Zbroj tog vremenskog intervala i starost tih zvijezda bio bi tada dob Mliječnog puta.
Nova promatranja s VLT-om na ESO-ovom opservatoriju Paranal sada su donijela proboj u ovom smjeru. Čarobni element je "Berilij"!
Berilij je jedan od najlakših elemenata [2] - jezgra najčešćeg i stabilnog izotopa (Berilij-9) sastoji se od četiri protona i pet neutrona. Samo su vodik, helij i litij lakši. No, dok su ta tri proizvedena tijekom Velikog praska, a dok je većina težih elemenata proizvedena kasnije u unutrašnjosti zvijezda, Berilij-9 može se proizvesti samo "kozmičkim sipanjem". To jest, fragmentacijom bržih težih jezgara - koje potječu od spomenutih eksplozija supernove i koje se nazivaju energetskim "galaktičkim kozmičkim zracima" - kada se sudaraju sa svijetlim jezgrama (uglavnom protonima i alfa česticama, tj. Jezgrama vodika i helija) u međuzvjezdani medij.
Galaktičke kozmičke zrake i Berilijev sat
Galaktičke kozmičke zrake putovale su čitavim ranim Mliječnim putem, vođene kozmičkim magnetskim poljem. Rezultirajuća proizvodnja Berilija bila je prilično ujednačena unutar galaksije. Količina Berilija povećavala se s vremenom i zato bi mogao djelovati kao "kozmički sat".
Što je duže prolazilo između formiranja prvih zvijezda (ili, točnije, njihovog brzog propadanja u eksplozijama supernova) i stvaranja zvijezda kuglastih grozdova, veći je bio sadržaj Berilija u međuzvezdnom mediju iz kojeg su nastale , Dakle, pod pretpostavkom da je ovaj Berilij očuvan u zvjezdanoj atmosferi, što se više Berilija nađe u takvoj zvijezdi, duži je vremenski interval između formiranja prvih zvijezda i ove zvijezde.
Berilij nam stoga može pružiti jedinstvene i ključne informacije o trajanju ranih faza Mliječnog puta.
Vrlo teško opažanje
Zasada je dobro. Teorijski temelji za ovu metodu datiranja razvijeni su u posljednja tri desetljeća, a sve što je potrebno je mjerenje sadržaja Berilija u nekim zvijezdama globularnog klastera.
Ali to nije tako jednostavno kao što zvuči! Glavni problem je što se Berilij uništava na temperaturama iznad nekoliko milijuna stupnjeva. Kad zvijezda evoluira prema svjetlosnoj gigantskoj fazi, nasilno kretanje (konvekcija) započinje, plin u gornjoj zvjezdanoj atmosferi dolazi u dodir s vrućim unutarnjim plinom u kojem je uništen sav Berilij, a početni sadržaj Berillija u zvjezdanoj atmosferi je na taj način značajno razrijeđen. Za upotrebu Berilijevog sata potrebno je izmjeriti sadržaj ovog elementa u manje masivnim, manje razvijenim zvijezdama u globularnom klasteru. A ove takozvane "zvijezde isključenja (TO)" suštinski su one slabe.
Zapravo, tehnički problem koji treba prevladati je trostruk: Prvo, svi su globularni grozdovi prilično udaljeni, a kako se zvijezde koje se mjere trebaju intrinzično blijede, na nebu se pojavljuju prilično slabo. Čak i u NGC6397, drugom najbližem globularnom skupu, zvijezde TO-a imaju vizualnu magnitudu ~ 16, ili 10000 puta slabije od one najsjajnije zvijezde, vidljive nemoćnom oku. Drugo, postoje samo dva Berilijeva potpisa (spektralne linije) koja su vidljiva u zvjezdanom spektru, a kako ove stare zvijezde sadrže relativno malo Berilija, te su linije vrlo slabe, posebno u usporedbi sa susjednim spektralnim linijama iz drugih elemenata. I treće, dvije Berilijeve linije smještene su u malo istraživanom spektralnom području na valnoj duljini 313 nm, tj. U ultraljubičastom dijelu spektra koji je pod jakim utjecajem apsorpcije u zemaljskoj atmosferi u blizini granice od 300 nm, ispod koje opažanja s tla više nisu moguća.
Stoga nije ni čudo što takva opažanja nikada ranije nisu bila učinjena, tehničke poteškoće bile su jednostavno nepremostive.
VLT i UVES obavljaju posao
Korištenjem visokofrekventnog UVES spektrometra na 8,2-metarskom teleskopu Kuyen-ovog vrlo velikog teleskopa ESO-a u Opservatoriju Paranal (Čile) koji je posebno osjetljiv na ultraljubičasto svjetlo, tim ESO-a i talijanskih astronoma uspio je dobiti prvi pouzdan mjerenja sadržaja Berilija u dvije TO-zvijezde (označene kao "A0228" i "A2111") u globularnom klasteru NGC 6397 (PR Photo 23b / 04). Smješten na udaljenosti od oko 7.200 svjetlosnih godina u smjeru bogatog zvjezdanog polja u južnom zviježđu Ara, to je jedno od dva najbliža zvjezdana grozda ovog tipa; drugi je Messier 4.
Promatranja su obavljena tijekom nekoliko noći tijekom 2003. godine. Sveukupno više od 10 sati izlaganja svakoj od zvijezda 16. veličine, gurali su VLT i UVES prema tehničkoj granici. Osvrćući se na tehnološki napredak, vođa tima, ESO-astronom Luca Pasquini, oduševljen je: "Prije samo nekoliko godina bilo kakvo opažanje bilo bi nemoguće i samo je ostalo san astronoma!"
Rezultirajući spektri (PR Photo 23c / 04) slabih zvijezda pokazuju slabe potpise Berilijevih iona (Be II). Usporedba promatranog spektra sa nizom sintetskih spektra s različitim sadržajem Berilija (u astrofizici: "obilje") omogućila je astronomima da pronađu najbolje prilike i tako izmjere vrlo malu količinu Berilija u ovim zvijezdama: oko 2,224,000,000,000 atoma vodika.
Berilijeve crte također se vide u drugoj zvijezdi istog tipa kao i ove zvijezde, HD 218052, usp. PR fotografija 23c / 04. Međutim, on nije član klastera i njegova starost nije tako dobro poznata kao zvijezda klastera. Njegov sadržaj Berilija prilično je sličan sadržaju zvijezda grozda, što ukazuje da je ova poljska zvijezda rođena otprilike u isto vrijeme kao i grozd.
Od Velikog praska do danas
Prema najboljim trenutnim teorijama o spaljivanju, izmjerena količina Berilija mora se akumulirati tijekom 200 - 300 milijuna godina. Talijanski astronom Daniele Galli, još jedan član tima, izračunava: "Dakle, sada znamo da je starost Mliječnog puta puno veća od dobi tog globularnog skupa - naša galaksija stoga mora biti 13.600? Stara 800 milijuna godina. Ovo je prvi put da smo stekli neovisno određivanje ove temeljne vrijednosti! ”.
Unutar danih nesigurnosti, ovaj se broj također vrlo dobro uklapa u trenutnu procjenu starosti svemira, 13.700 milijuna godina, to je vrijeme proteklo od Velikog praska. Čini se da je prva generacija zvijezda u galaksiji Mliječni put nastala otprilike u trenutku kad je završio "Mračni vijek", a vjeruje se da će biti oko 200 milijuna godina nakon Velikog praska.
Čini se da bi sustav u kojem živimo doista mogao biti jedan od članova "utemeljitelja" galaksije u Svemiru.
Više informacija
Istraživanje predstavljeno u ovom priopćenju objavljeno je u radu pod naslovom „Biti u zvijezdama isključivanja NGC 6397: rana galaksija splasnuti, kosmohronologija i stvaranje klastera“ L. Pasquinija i koautora koji će biti objavljeni u europskom istraživačkom časopisu "Astronomija i astrofizika" (astro-ph / 0407524).
Izvorni izvor: ESO News Release
