Gwiazdy ze starożytnej gromady znalezione w Drodze Mlecznej

Uważa się, że galaktyki takie jak Droga Mleczna powstały w wyniku serii fuzji, przyciągając mniejsze galaktyki i grupy gwiazd oraz czyniąc te obce gwiazdy swoimi. W niektórych przypadkach połączenia były na tyle niedawne, że nadal możemy wykryć poprzednio niezależne ciało jako grupę gwiazd krążących razem wokół Drogi Mlecznej. Jednak z biegiem czasu interakcje z resztą gwiazd w Drodze Mlecznej będą powoli zakłócać wszelkie struktury mieszczące się w gromadach.

Zaskakujące jest więc to, że naukowcy odkryli coś, co wydaje się być pozostałością gromady kulistej jednych z najstarszych wokół gwiazd. Odkrycie jest zgodne z modelem „wzrostu poprzez fuzję” budowy galaktyk, ale rodzi pytania o to, jak masa pozostanie nienaruszona tak długo, jak będzie.

Eksploracja danych Gaia

Wyniki rozpoczęto od analizy danych Europejskiej Agencji Kosmicznej Misja Gaja, którego celem jest wykonanie przynajmniej trójwymiarowej mapy Drogi Mlecznej. Gaia sfotografowała prawie miliard obiektów dziesiątki razy, co wystarczy, aby oszacować ich położenie i ruch wokół jądra Drogi Mlecznej. Ta mapa pomogła naukowcom zidentyfikować struktury w naszej galaktyce na podstawie faktu, że istnieją pewne gromady gwiazd, które nie tylko są fizycznie blisko siebie, ale wszystkie poruszają się w tym samym kierunku.

Eksploracja danych Gaia dla tego typu struktur jest tak przydatna, że ​​istnieje algorytm oprogramowania o nazwie STREAMFINDER, który je definiuje. Program ten doprowadził do odkrycia strumienia gwiazdowego C-19, grupy gwiazd poruszających się razem w halo Drogi Mlecznej.

Jednym ze sposobów sprawdzenia, czy te grupy gwiazd rzeczywiście powstały jako część jednej grupy, jest sprawdzenie ich wieku. Gromady często składają się z gwiazd w podobnym wieku. Jednym ze sposobów sprawdzenia, czy gwiazdy powstają w tym samym czasie, jest sprawdzenie zawartości cięższych pierwiastków. W Wielkim Wybuchu było niewiele pierwiastków cięższych od helu, więc większość z istniejących obecnie cięższych pierwiastków pochodziła z wcześniejszych gwiazd. Im później w historii wszechświata powstała gwiazda, tym bardziej prawdopodobne jest, że gwiazda zawiera te cięższe pierwiastki.

(Astronomowie nazywają każdy pierwiastek cięższy od helu metalem, a zawartość ciężkich pierwiastków w gwieździe odnoszą się do metalu. Jednak może to zmylić większość nie-astronomów, więc będziemy tego unikać.)

Tak więc astronomowie stojący za nową pracą zmierzyli poziomy ciężkich pierwiastków w gwiazdach, które uważano za należące do strumienia C-19. Z wyjątkiem jednej kończyny wszystkie były dokładnie takie same, co wskazuje, że strumień jest w rzeczywistości destrukcyjną pozostałością grupy. Ale wyniki zawierały również niespodziankę: wyjątkowo małą ilość ciężkich pierwiastków.

Historia starożytna

Typowym sposobem rejestrowania ciężkich pierwiastków jest stosunek żelaza (które powstaje dopiero późno w życiu masywnej gwiazdy) do wodoru. Wodór zawsze był najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, podczas gdy poziom żelaza powoli wzrastał z biegiem czasu. Więc im wyższy stosunek żelaza do wodoru, tym niedawno powstała gwiazda.

W przypadku strumienia C-19 stosunek ten był bardzo niski. Tak nisko, że gwiazdy C-19 uformowały się 3 miliardy lat temu po Wielkim Wybuchu lub gdy Wszechświat miał zaledwie jedną czwartą swojego obecnego wieku. Możliwe, że uformowały się nieco wcześniej.

W Drodze Mlecznej zidentyfikowano kilkaset gwiazd o podobnie niskim poziomie ciężkich pierwiastków. Jednak nigdy nie zaobserwowano gromady, w której każda gwiazda znajduje się na tak niskim poziomie. W rzeczywistości, przed tym odkryciem uważano, że gromady w Drodze Mlecznej zawierają pierwiastki ciężkie dla Ziemi – wszystkie mają poziomy wyższe niż te obserwowane w strumieniu C-19. Było to prawdą, mimo że na podstawie rozmieszczenia znanych grup spodziewalibyśmy się około pięciu poziomów z ciężkimi elementami podobnymi do tych w strumieniu C-19.

Brak innych gromad sugeruje, że większość wczesnych gromad, takich jak ten strumień, była już tak zaburzona, że ​​zniknęła na tle gwiazd Drogi Mlecznej. Co rodzi pytanie, dlaczego nie ma strumienia C-19. Jest to szczególnie nieoczekiwane, ponieważ orbita prądu wokół jądra galaktycznego zabiera go w głąb Drogi Mlecznej, dając mu mnóstwo okazji do interakcji z innymi cechami, które powinny go wyłączyć.

Jedną z możliwości, która może to wyjaśnić, jest to, że gromada pierwotnie weszła do Drogi Mlecznej jako część połkniętej galaktyki karłowatej. Struktura galaktyki karłowatej może zapewnić pewien stopień ochrony, dopóki nie rozbije się, a jej gwiazdy zostaną rozrzucone po Drodze Mlecznej. A jeśli to prawda, masa, która dała początek strumieniowi C-19, zawierała w tym czasie dużą część gwiazd w galaktyce karłowatej.

Bez względu na to, jak to wyjaśnimy, obecność strumienia C-19 mówi nam wiele o historii wszechświata. Naukowcy doszli do wniosku: „Obecność C-19 sama w sobie dowodzi, że gromady kuliste powinny być w stanie tworzyć się w środowiskach o niskiej zawartości minerałów, w których miały się gromadzić pierwsze struktury galaktyczne”.

Natura, 2022. DOI: 10.1038 / s41586-021-04162-2 (O DOI).