En bemærkelsesværdig stjerne fra universets tidligste tid
Forskere har opdaget et usædvanligt objekt i en dværggalakse, hvis kemiske sammensætning minder om forholdene i de første milliarder år efter Big Bang. Stjernen indeholder så få tunge grundstoffer, at den giver os et enestående kig ind i det tidlige univers.
Astronomer stødte på dette objekt i en lille, svagt lysende dværggalakse. Den kemiske sammensætning er så fattig på grundstoffer tungere end brint og helium, at den nærmest afspejler de tilstande, der herskede kort efter universets fødsel.
Sådanne objekter fungerer som tidskapsuler, der bevarer oplysninger om miljøet fra milliarder af år siden. Takket være den ekstremt lave metallicitet kan man ved at studere en sådan stjerne få et indblik i den periode, hvor de første generationer af stjerner var ved at dannes. Denne opdagelse bekræfter, at visse dværggalakser reelt fungerer som kosmiske dybfrysere, der i milliarder af år har bevaret primitivt materiale næsten uforandret.
Forskningsteamet offentliggjorde detaljerede analyser i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature Astronomy. Forskerne understreger, at lignende opdagelser hjælper os med at forstå, hvordan det tidlige univers så ud, og hvilke processer der førte til berigelsen af det interstellare rum med tungere grundstoffer.
Hvor astronomerne opdagede stjernen PicII-503
Objektet har fået betegnelsen PicII-503 og befinder sig i dværggalaksen Pictor II, der ligger cirka 149.000 lysår fra Jorden. Der er tale om en såkaldt ultrafaint dværggalakse — et meget lille og svagt system, der overraskende nok indeholder meget gamle stjerner.
Sådanne galakser udgør det ideelle jagtterræn for astronomer, der søger efter spor fra de ældste stjernepopulationer. I milliarder af år har de bevaret primitivt materiale nærmest uændret, fordi dannelsen af nye stjerner i dem hurtigt gik i stå. PicII-503 fangede straks forskerenes opmærksomhed, da de præcist målte dens kemiske sammensætning.
Pictor II hører til de galakser, der kredser om Mælkevejen som satelitter. Forskere fra universiteter i Australien og USA benyttede spektrografer på store teleskoper i Chile til observationerne. Målingerne afslørede ekstremt lave metalindhold i stjernens atmosfære.
Hvorfor PicII-503 har så få tunge grundstoffer
Den største overraskelse viste sig at være de målte værdier for den såkaldte metallicitet — altså indholdet af grundstoffer tungere end brint og helium. I astronomien bruges betegnelsen "metaller" for hele denne gruppe, uanset om der er tale om ilt, jern eller calcium.
Stjernen PicII-503 udviser disse ekstreme værdier:
- Kun 1/43.000 af Solens jernindhold
- Ekstremt lavt calciumindhold i atmosfæren
- Næsten ingen spor af tungere grundstoffer dannet i supernovaer
- Kemisk sammensætning svarende til universets tidligste faser
- Metallicitetsværdier tæt på teoretiske modeller for de første stjerner
- Fravær af grundstoffer skabt gennem gentagne kernereaktioner
Grundstoffer tungere end helium opstår inde i stjerner via kernereaktioner eller ved supernovaeksplosioner. Når en stjerne eksploderer, spreder den disse grundstoffer ud i det interstellare rum og beriger dermed materialet til kommende generationer. PicII-503 opstod imidlertid fra materiale, der kun havde gennemgået minimal berigelse.
Forskerholdet forklarer, at en sådan stjerne må være opstået meget kort tid efter Big Bang, da der kun fandtes meget få tunge grundstoffer i universet. Hver ny generation af stjerner indeholder stadig flere metaller, fordi den dannes af materiale beriget af tidligere generationer.
Hvordan dværggalakser bevarer primitive stjerner
Ultrafaint dværggalakser fungerer som en slags kosmiske dybfrysere. De indeholder kun små mængder stof, og deres tyngdekraft er ikke stærk nok til at holde på den gas, som supernovaer kaster ud. Derfor gik dannelsen af nye stjerner i dem meget hurtigt i stå.
Takket være dette kan man i sådanne galakser finde stjerner, der opstod i universets første milliarder år, og hvis omgivende miljø siden da næsten ikke har ændret sig. Pictor II er et typisk eksempel på et sådant system med en population af meget gamle stjerner.
Forskerne vurderer, at det materiale, PicII-503 opstod fra, sandsynligvis kun blev beriget af én eneste supernova fra den allertidligste generation af stjerner. Astronomer kalder sådanne stjerner for Population III-stjerner, og ingen af dem er endnu observeret direkte. PicII-503 giver dermed et indirekte bevis på egenskaberne ved disse hypotetiske objekter.
Hvorfor denne opdagelse er vigtig for videnskaben
PicII-503 er ved at blive et af de mest ekstreme eksempler på en tidlig generation af stjerner, vi kender til uden for Mælkevejen. Forskere har indtil nu kun fundet en håndfuld lignende objekter, og størstedelen af dem befinder sig i vores egen galakse.
Opdagelsen i en dværggalakse dokumenterer, at ultrafaint satellitsystemer faktisk bevarer stjerner med primitiv kemisk sammensætning. Forskerne planlægger nu systematisk at gennemsøge andre dværggalakser omkring Mælkevejen ved hjælp af moderne spektrografer.
Sådanne observationer vil hjælpe astronomer med bedre at forstå, hvordan universet blev beriget med tunge grundstoffer i de første milliarder år. Hver ny stjerne med ekstremt lav metallicitet præciserer modellerne for det tidlige univers og processerne bag dannelsen af de første stjernegenerationer.
Hvad fremtidige undersøgelser af lignende objekter vil afsløre
Forskerholdet planlægger at fortsætte de spektroskopiske observationer af andre stjerner i galaksen Pictor II samt i øvrige ultrafaint dværggalakser. Moderne teleskoper i Chile og på Hawaii gør det muligt at indhente detaljerede spektre selv fra meget svage objekter.
Forskerne håber at opdage yderligere stjerner med en tilsvarende ekstrem kemisk sammensætning. Hvert nyt objekt vil levere flere data om forholdene i det tidlige univers og bidrage til at efterprøve de teoretiske modeller for dannelsen af de første stjerner. Måske lykkes det endda at finde stjerner med endnu lavere metallicitet end PicII-503.
Tænker du nogensinde over, hvilke hemmeligheder der gemmer sig i stjerner, som har skinnet i milliarder af år og husker en tid, da universet så helt anderledes ud end i dag?
