Odkrycie Gwiazd Pierwszej Generacji w Centrum Drogi Mlecznej

Międzynarodowy zespół naukowców, w skład którego wchodzą astronomowie z prowadzonego w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego pod kierunkiem prof. dr. hab. Andrzeja Udalskiego wielkoskalowego przeglądu nieba, OGLE, (The Optical Gravitational Lensing Experiment) ogłosił na łamach prestiżowego tygodnika naukowego Nature odkrycie w centrum Drogi Mlecznej najstarszych gwiazd powstałych tuż po Wielkim Wybuchu.

 

Droga Mleczna nad teleskopem OGLE w obserwatorium Las Campanas w Chile. Credit: dr Krzysztof Ulaczyk

Pierwsza generacja gwiazd, powstała około 200-300 milionów lat po Wielkim Wybuchu, charakteryzuje się bardzo jednorodnym składem chemicznym – w postaci wodoru i helu oraz znikomej domieszki pierwiastków cięższych, które tworzą się dopiero w trakcie późniejszej ewolucji Wszechświata. Tego typu gwiazdy powinny były powstawać głównie w centrach nowoformujących się tuż po Wielkim Wybuchu galaktyk, w miejscach o zwiększonej gęstości materii. Zalążki takie z czasem rozbudowały się i dopiero później stworzyły centralne obszary galaktyk. Dotychczas jednak nie udało się znaleźć tego typu gwiazd w centrum naszej Galaktyki. Odkryto jedynie pojedyncze stare obiekty w jej zewnętrznych częściach – w tzw. halo Galaktyki.

 

Ponieważ gwiazdy stare emitują światło w charakterystyczny sposób można próbować je wyłuskać spośród milionów gwiazd w centrum Galaktyki obserwując te obszary nieba przy użyciu odpowiedniego zestawu filtrów optycznych. Za pomocą australijskiego teleskopu SkyMapper przeprowadzono wstępną selekcję gwiazd kandydatów, które następnie zostały przebadane spektroskopowo za pomocą australijskiego teleskopu AAT.

 

W rezultacie znaleziono w centrum Galaktyki ponad 500 gwiazd o niewielkiej zawartości pierwiastków cięższych niż hel. 23 gwiazdy z najmniejszą zawartością takich pierwiastków przeanalizowano szczegółowo za pomocą precyzyjnego spektrografu na 6.5-m teleskopie Magellan w obserwatorium Las Campanas w Chile. Okazało się, że zawierają tysiąc razy mniej pierwiastków ciężkich niż występuje w Słońcu, a rekordzistka zawiera ich nawet dziesięć tysięcy razy mniej. Gwiazdy te są zatem niesłychanie jednorodne chemicznie i należą do najstarszych obiektów we Wszechświecie. Śladowa zawartość pierwiastków ciężkich może sugerować iż wytworzyły się one w jeszcze starszym obiekcie, który zakończył swoje krótkie życie w postaci gigantycznej eksplozji tzw. gwiazdy hipernowej.

 

Aby sprawdzić czy odkryte gwiazdy są istotnie na stałe związane z centrum Galaktyki, nie zaś obiektami z halo przebywającymi tylko chwilowo w pobliżu centrum Drogi Mlecznej, należało wyznaczyć orbity tych gwiazd wokół centrum Galaktyki. Z pomocą przyszły tu wieloletnie obserwacje gwiazd z tych obszarów nieba wykonywane przez przegląd OGLE w obserwatorium Las Campanas w Chile.

 

Niezwykle precyzyjne pomiary położeń gwiazd na rejestrowanych przez projekt OGLE obrazach nieba i długa baza czasowa obserwacji pozwoliły z dużą dokładnością śledzić ruchy gwiazd – mówi wykonujący pomiary astrometryczne dr Radosław Poleski, odbywający obecnie staż podoktorski na Uniwesytecie Stanowym w Ohio, USA.

 

Dla dziesięciu kandydatów na najstarsze gwiazdy udało się wyznaczyć precyzyjne orbity galaktyczne. Okazało się, że siedem z nich z pewnością znajduje się w centrum Drogi Mlecznej i są to najstarsze gwiazdy powstałe w Galaktyce – zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu.

 

Zabawne, że do sukcesu naszego wspólnego projektu przyczyniły się pomiary położeń gwiazd na zdjęciach wykonywanych przez przegląd OGLE, a nie jak dotąd pomiary ich jasności. To nowe możliwości zastosowań zbieranego przez nas od lat materiału obserwacyjnego – dodaje prof. Andrzej Udalski.

 

Praca opisująca odkrycie gwiazd pierwszej generacji opublikowana została w tygodniku naukowym Nature:

 

„Extremely Metal-Poor Stars in the Milky Way Bulge from the Cosmic Dawn”, L.M. Howes, A.R. Casey, M. Asplund, S.C. Keller, D. Yong, D.M. Nataf, R. Poleski, K. Lind, C. Kobayashi, C.I. Owen, M. Ness, M.S. Bessell, G.S. Da Costa, B.P. Schmidt, P. Tisserand, A. Udalski, M.K. Szymański, I. Soszyński, G. Pietrzyński, K. Ulaczyk, Ł. Wyrzykowski, P. Pietrukowicz, J. Skowron, S. Kozłowski & P. Mróz, 2015, Nature, 527 (arXiv:1511.03930).