Opazovanja mednarodne ekipe astronomov s UVES spektrometrom na zelo velikem teleskopu ESO v Observatoriju Paranal (Čile) so vrgla novo luč v najzgodnejšo epoho galaksije Mlečni pot.
Prva meritev vsebnosti Berilija v dveh zvezdah v krogličnem grozdu (NGC 6397) - potiskanje sedanje astronomske tehnologije do meje - je omogočila preučevanje zgodnje faze med nastankom prve generacije zvezd v Mlečniku Način in pot tega zvezdnega grozda. Ta časovni interval je znašal 200 - 300 milijonov let.
Starost zvezd v NGC 6397, določena s pomočjo modelov evolucije zvezd, je 13.400? 800 milijonov let. Če dodate dva časovna intervala, dobite starost Mlečne poti, 13.600? 800 milijonov let.
Trenutno najboljša ocena starosti vesolja, kot je razvidno, na primer z meritvami kozmičnega mikrovalovnega ozadja, je 13.700 milijonov let. Nova opažanja torej kažejo, da se je prva generacija zvezd v galaksiji Mlečna pot oblikovala kmalu po koncu ~ 200 milijonov let dolge temne dobe, ki je uspela Velikemu udaru.
Doba Mlečne poti
Koliko je stara Mlečna pot? Kdaj so se vžgale prve zvezde v naši galaksiji?
Pravilno razumevanje nastanka in razvoja sistema Mlečna pot je ključnega pomena za naše poznavanje vesolja. Kljub temu so s tem povezana opažanja med najtežjimi, tudi pri najmočnejših teleskopih, ki so na voljo, saj vključujejo podrobno preučevanje starih, oddaljenih in večinoma šibkih nebesnih predmetov.
Kroglični grozdi in starosti zvezd
Sodobna astrofizika je sposobna meriti starost določenih zvezd, torej preteče čas, ko so nastale s kondenzacijo v ogromnih medzvezdnih oblakih plina in prahu. Nekatere zvezde so v astronomskem smislu zelo "mlade", stare le nekaj milijonov let, kot tiste v bližnji Orionovi meglici. Sonce in njegov planetarni sistem se je oblikoval pred približno 4,560 milijoni let, vendar so se številne druge zvezde oblikovale veliko prej. Nekatere najstarejše zvezde v Mlečni poti najdemo v velikih zvezdnih grozdih, zlasti v "krogelnih grozdih" (PR Photo 23a / 04), imenovanih zaradi svoje sferične oblike.
Zvezde, ki pripadajo kroglasti gruči, so se rodile skupaj, iz istega oblaka in hkrati. Ker se zvezde različnih mas razvijajo z različnimi hitrostmi, je mogoče starost krogličnih grozdov izmeriti z dokaj dobro natančnostjo. Najstarejše naj bi bile stare več kot 13.000 milijonov let.
Kljub temu te zvezde grozdov niso bile prve zvezde, ki so se oblikovale na Mlečni poti. To vemo, ker vsebujejo majhne količine določenih kemičnih elementov, ki so jih morali sintetizirati v prejšnji generaciji masivnih zvezd, ki so eksplodirale kot supernove po kratkem in energičnem življenju. Predelani material je bil odložen v oblake, iz katerih so bile narejene naslednje generacije zvezd, prim. ESO PR 03/01.
Kljub intenzivnim iskanjem do zdaj ni bilo mogoče najti manj množičnih zvezd te prve generacije, ki bi morda še vedno sijale še danes. Zato ne vemo, kdaj so nastale te prve zvezde. Za zdaj lahko rečemo le, da mora biti Mlečna pot starejša od najstarejših zvezdnih krogelnih zvezd.
Toda koliko starejši?
Berilij na pomoč
Zato bi radi imeli astrofiziki metoda za merjenje časovnega intervala med nastankom prvih zvezd na Mlečni poti (od katerih so mnogi hitro postali supernove) in trenutkom, ko so nastale zvezde v kroglati grozdi znane starosti. Vsota tega časovnega intervala in starosti teh zvezd bi bila potem starost Mlečne poti.
Nova opažanja z VLT na opazovalnem centru Paranal ESO so v tej smeri prinesla preboj. Čarobni element je "Berilij"!
Berilij je eden najlažjih elementov [2] - jedro najpogostejšega in stabilnega izotopa (Berilij-9) je sestavljeno iz štirih protonov in petih nevtronov. Lažji so le vodik, helij in litij. Medtem ko so bili ti trije proizvedeni v času velikega poka, in medtem ko je bila večina težjih elementov pozneje izdelana v notranjosti zvezd, je Berilij-9 mogoče proizvesti le s "kozmičnim razlitjem". To je z razdrobljenostjo hitrejših težjih jeder - ki izvirajo iz omenjenih eksplozij supernov in jih imenujemo energijski "galaktični kozmični žarki" - ko se v njih trčijo lahka jedra (večinoma protoni in alfa delci, tj. Jedra vodika in helija) v medzvezdni medij.
Galaktični kozmični žarki in Berilijeva ura
Galaktični kozmični žarki so potovali po vsej zgodnji Mlečni poti, vodeni po kozmičnem magnetnem polju. Nastala proizvodnja Berilija je bila v galaksiji dokaj enotna. Količina Berilija se je s časom povečevala, zato lahko deluje kot "kozmična ura".
Dlje kot je minil čas nastanka prvih zvezd (ali pravilneje, njihovega hitrega razpada pri eksplozijah supernov) in nastanka krogelnih zvezdnih grozdov, višja je bila vsebnost berilija v medzvezdnem mediju, iz katerega so nastale . Tako je ob predpostavki, da je ta berilij ohranjen v zvezdni atmosferi, bolj ko se Berilij nahaja v takšni zvezdi, daljši je časovni interval med nastankom prvih zvezd in te zvezde.
Berilij nam lahko zato nudi edinstvene in ključne informacije o trajanju zgodnjih faz Mlečne poti.
Zelo težko opazovanje
Zaenkrat tako dobro. Teoretične temelje te metode datiranja so bile razvite v zadnjih treh desetletjih in vse, kar je potrebno, je merjenje vsebnosti Berilija v nekaterih kroglastih zvezdah.
Vendar to ni tako preprosto, kot se sliši! Glavna težava je, da se Berilij uniči pri temperaturah nad nekaj milijonov stopinj. Ko se zvezda razvija proti svetlobni fazo velikanki, se sproži silovito gibanje (konvekcija), plin v zgornjem zvezdnem ozračju pride v stik z vročim notranjim plinom, v katerem je bil uničen ves Berilij, in začetna vsebnost Berlija v zvezdni atmosferi je tako znatno razredčen. Za uporabo Berilijeve ure je zato potrebno izmeriti vsebnost tega elementa v manj masivnih, manj razvitih zvezdah v kroglasti grozdi. In teh tako imenovanih "izklopnih (TO) zvezd" je v bistvu slabo.
Pravzaprav je tehnična težava, ki jo je treba premagati, trikratna: prvič, vsi kroglični grozdi so precej oddaljeni in ker so zvezde, ki jih je treba meriti, intrinzično bledijo, se na nebu zdijo precej šibke. Tudi v NGC6397, drugem najbližjem krogličnem grozdu, imajo zvezde TO vizualno magnitudo ~ 16 ali 10000 krat slabše od najslabše zvezde, ki je vidna brez oči. Drugič, v zvezdastem spektru sta vidna samo dva Berilijevega podpisa (spektralne črte) in ker te stare zvezde vsebujejo sorazmerno malo Berilija, so te črte zelo šibke, zlasti v primerjavi s sosednjimi spektralnimi črtami iz drugih elementov. In tretjič, dve liniji Berilija sta nameščeni v malo raziskanem spektralnem območju na valovni dolžini 313 nm, to je v ultravijoličnem delu spektra, na katerega močno vpliva absorpcija v prizemni atmosferi blizu meje pri 300 nm, pod katero opažanja s terena niso več mogoča.
Zato ni čudno, da takšnih opažanj še nikoli ni bilo, tehnične težave pa so bile preprosto nepremostljive.
VLT in UVES opravijo svoje delo
Z uporabo visokozmogljivega UVES spektrometra na 8,2-metrskem teleskopu Kuyen zelo velikega teleskopa ESO v observatoriju Paranal (Čile), ki je še posebej občutljiv na ultravijolično svetlobo, je ekipa ESO in italijanskih astronomov [1] uspela pridobiti prvega zanesljivega meritve vsebnosti Berilija v dveh zvezdah TO (z oznako "A0228" in "A2111") v kroglasti grozdu NGC 6397 (PR Photo 23b / 04). Nahaja se na razdalji približno 7.200 svetlobnih let v smeri bogatega zvezdnega polja v južnem ozvezdju Ara, je eden izmed dveh najbližjih zvezdnih grozdov te vrste; drugi je Messier 4.
Opazovanja so bila opravljena v več noči v letu 2003. Skupna izpostavljenost več kot 10 ur vsake zvezde 16. stopnje je potisnila VLT in UVES na tehnično mejo. Vodja skupine, ESO-astronom Luca Pasquini, razmišlja o tehnološkem napredku, je navdušen: "Še pred nekaj leti je bilo kakršno koli opazovanje takšno, ki bi bilo nemogoče, in je ostalo samo sanje astronoma!"
Tako dobljeni spektri (PR Photo 23c / 04) šibkih zvezd kažejo šibke podpise berilijevih ionov (Be II). Primerjava opazovanega spektra z nizom sintetičnih spektrov z različno vsebnostjo Berilija (v astrofiziki: "številčnost") je astronomom omogočila, da so se najbolje ujemali in s tem izmerili zelo majhno količino Berilija v teh zvezdah: za vsak atom Berilija obstaja približno 2,224,000,000,000 vodikovih atomov.
Berilijeve črte vidimo tudi v drugi zvezdi iste vrste kot te zvezde, HD 218052, prim. PR fotografija 23c / 04. Vendar pa ni član grozda in njegova starost še zdaleč ni tako poznana kot starost zvezd v grozdu. Vsebnost Berilija je precej podobna vsebnosti zvezd v grozdu, kar kaže, da se je ta poljska zvezda rodila približno ob istem času kot grozd.
Od velikega poka do zdaj
Po najboljših trenutnih teorijah o razsutju se mora izmerjena količina Berilija nabrati v obdobju 200 - 300 milijonov let. Italijanski astronom Daniele Galli, še en član ekipe, opravi izračun: "Torej zdaj vemo, da je starost Mlečne poti toliko več kot starost tega kroglastega grozda - naša galaksija mora biti torej 13.600? 800 milijonov let. To je prvič, da smo dobili neodvisno določitev te temeljne vrednosti! "
V danih negotovostih se to število zelo dobro ujema s sedanjo oceno starosti vesolja, 13.700 milijonov let, to je čas, ki je pretekel od velikega poka. Tako se zdi, da je bila prva generacija zvezd v galaksiji Mlečna pot nastala približno v času, ko so se končale "temne dobe", zdaj pa naj bi bilo približno 200 milijonov let po velikem udaru.
Zdi se, da je sistem, v katerem živimo, morda res eden izmed »ustanovnih« članov galaksijskega prebivalstva v vesolju.
Več informacij
Raziskave, predstavljene v tem sporočilu za javnost, so obravnavane v prispevku z naslovom "Bodite v izklopljenih zvezdah NGC 6397: zgodnje razsipanje galaksije, kozmohronologija in oblikovanje grozdov" avtorja L. Pasquinija in soavtorjev, ki bo objavljen v Evropski raziskovalni reviji "Astronomija in astrofizika" (astro-ph / 0407524).
Izvirni vir: ESO News Release
