Космология и галактическая археология звезд

Старые звезды нашей Галактики дают информацию, которая помогает понять условия ранней Вселенной

0

Астрономы считают, что космологи, ищущие следы условий, существовавших в ранней Вселенной, не обязательно должны заглядывать в космос дальше, чем старые звезды в нашей Галактике и ее соседях.

Древние звезды

Конечно, эти звезды не существуют с самого начала времен, но некоторые из них были сформированы тогда, когда Вселенная была в самом начале своего пути. Состав атмосфер этих объектов может рассказать многое о том, как изменились условия в интервале времени между их рождением и появлением нашего Солнца. Эти сведения могут помочь исследователям прояснить происхождение важных для человечества химических элементов, как серебро и золото.

Исследования такого типа, как говорит Джина Дугган, аспирант астрофизики Калифорнийского технологического института, Пасадена, США, называются галактической археологией. «[Она] использует данные об элементах в существующих звездах, чтобы исследовать историю Галактики», – заявляет Джина.

«Фактически, это не просто история нашей собственной Галактики, которую можно изучать таким образом. Такие звезды дают ключ к выяснению условий во всей ранней Вселенной», -добавляет Тимоти Бирс, астрофизик из Университета Нотр-Дам, расположенного в штате Индиана, США.

Оба исследователя недавно представили свои идеи на ежегодной встрече Американского астрономического общества, прошедшей в Денвере, США.

Первые звезды, по мнению космологов, состояли целиком из водорода и гелия – единственных элементов, сформированных непосредственно в результате Большого взрыва. Эти элементы по-прежнему составляют основную часть сегодняшних звезд; Солнце, например, состоит на 98% из водорода и гелия.

Но есть большая разница между 98% и 100%. Чистые звезды из водорода и гелия, как правило, горячие и большие, и умирают молодыми в гигантских взрывах. В результате этих процессов распыляются другие элементы в космос – элементы, обогащающие звезды следующего поколения, это именно те 2%, которые были найдены на Солнце.

Такие химически обогащенные звезды, говорит Пирс, не обязательно горят так же ярко или умирают так же быстро, как звезды первого поколения. Некоторые из них могут жить намного дольше, до 10 миллиардов и более. «Это звезды с низкой массой, которые мы все еще можем видеть сегодня», – говорит он.

История Вселенной на заднем дворе

Спектроскопический анализ таких звезд может помочь определить, сколько «загрязнений» эти звезды получили из материалов, выброшенных их предшественниками. Это позволяет астрономам отделять ранние звезды второго поколения от других звезд, населяющих галактику Млечный Путь и ее соседей, что позволяет использовать их в качестве космологических капсул времени.

«Мы можем узнать о химии очень ранней Вселенной прямо на собственном «заднем дворе», а не только от изучения слабых источников, удаленных от нас более чем на 10 миллиардов световых лет», – говорит Пирс.

Одна из этих звезд, известная как BD + 44: 493, находится всего в 600 световых годах от нас.

«Ее видно в бинокль!», – восклицает Пирс. «Но она хранит материал ранней Вселенной!»

Крис Юаким из Института астрофизики Лейбница в Потсдаме, Германия, добавляет, что такие звезды также могут быть использованы для изучения того, как крупные галактики, подобные нашей, были образованы в результате слияния многочисленных меньших братьев.

«Используя старые звезды, похожие на те, которые были изучены Пирсом в качестве маркеров, можно найти следы этих столкновений и проследить историю того, как наша Галактика стала такой, какая она есть сейчас», – добавляет ученый.

Другие исследователи полагают, что близлежащие карликовые галактики, еще не слившиеся в более крупные, являются хорошими лабораториями для понимания происходящих процессов в ранней Вселенной, в которой доминировали такие объекты.

«Это мало используемый, но важный способ понять, где и как сформировались первые звезды», – говорит Апарна Венкатесан из Университета Сан-Франциско, Калифорния, США.

Золото Земли

Но самая захватывающая находка связана с происхождением золота Земли.

Конечно, мы знаем, что геологически оно происходит из золотых приисков. Но до того, как Земля была сформирована, золото должно было присутствовать в облаке пыли, из которого появилась Солнечная система. Есть две теории о том, как это золото могло появиться.

Одна теория состоит в том, что золото было синтезировано в самом сердце гигантских звездных взрывов, называемых сверхновыми. Другая утверждает, что элемент был создан в результате не менее титанического процесса: столкновения остатков мертвых звезд, известных как нейтронные звезды.

Первые процессы имели место на ранней стадии истории Вселенной, когда гигантские звезды встретили свою смерть в результате катастрофического взрыва. Последние чаще всего приходили позже, после смерти звезд более позднего поколения.

Чтобы выяснить, как это происходило, команда ученых проанализировала концентрацию связанного с золотом элемента – бария, в звездах самых разных возрастов. Сравнивая количество бария с количеством железа, которое, как известно, неуклонно растет с каждым новым поколением звезд, исследователи смогли определить, появился ли барий, как спутник золота, на ранней стадии – это было бы знаком того, что они были произведены в результате взрыва сверхновых, или это произошло совсем недавно – и это признак того, что они произошли при столкновениях нейтронных звезд.

Эван Кирби, исследователь проекта, называет этот метод еще одним примером галактической археологии в действии.

«Это исследование … использовало элементы, присутствующие сегодня в звездах, чтобы «раскопать» доказательства истории создания элементов в галактиках», – говорит он.

«Измеряя соотношение элементов в звездах разного возраста, мы можем сказать, когда были созданы эти элементы».

Вывод был следующим: золото и связанные с ним элементы были в значительной степени сформированы в столкновениях нейтронных звезд.

Без таких столкновений все, что касается историй, связанных с изготовлением из золота монет, могло происходить совершенно по другому.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish.AcceptRead More

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: