Большое Магелланово Облако (БМО) — самая массивная галактика-спутник Млечного Пути. Поскольку его так легко наблюдать, астрономы внимательно его изучили. Их интересует, чем звездообразование в БМО могло отличаться от звездообразования в Млечном Пути.
Команда исследователей сосредоточилась на звездах БМО с наибольшим дефицитом металлов, чтобы выяснить, насколько они отличаются.
БМО находится на расстоянии около 163 000 световых лет от Земли и имеет диаметр около 32 000 световых лет. Несмотря на то, что он такой большой, его масса составляет всего лишь 1/100 массы Млечного Пути. Вероятно, это была карликовая спиральная галактика до того, как гравитационные взаимодействия с Млечным Путем и Малым Магеллановым Облаком исказили ее форму. Ученые предсказывают, что она, вероятно, сольется с Млечным Путем примерно через 2,4 миллиарда лет.
БМО не всегда находился так близко к Млечному Пути. Он сформировался в другом месте Вселенной, из другого резервуара газа, чем Млечный Путь. Звезды БМО сохраняют условия окружающей среды, в которых они сформировались.
Первыми звездами, образовавшимися во Вселенной, были звезды с самым низким содержанием металлов. Когда они образовались, доступны были только водород и гелий, образовавшиеся в результате Большого взрыва. Эти звезды называются звездами населения 3, и они в значительной степени гипотетические. Они были массивными, и многие из них взорвались как сверхновые. Эти звезды выковали более тяжелые элементы, называемые в астрономии металлами, а затем распространили их в космос, чтобы они были поглощены следующими формирующимися звездами. Этот процесс продолжался поколение за поколением.
Никто никогда не находил звезду с населением 3, потому что даже если они более чем гипотетические, их всех уже давно уже нет. Но в ходе нового исследования ученые изучили 10 самых бедных металлами звезд БМО. Они нашли одну звезду Населения 2, которая настолько бедна металлами, что похожа на звезды Населения 3.
Исследование называется «Обогащение внегалактическими первыми звездами в Большом Магеллановом Облаке». Оно опубликовано в журнале Nature Astronomy. Ведущий автор — Анирудх Чити из факультета астрономии и астрофизики и Института космологической физики Кавли Чикагского университета.
«Эта звезда открывает уникальное окно в очень ранний процесс формирования элементов в галактиках, отличных от нашей», — сказал ведущий автор Чити. «Мы создали представление о том, как выглядят эти звезды, которые были химически обогащены первыми звездами в Млечном Пути, но мы еще не знаем, являются ли некоторые из этих сигнатур уникальными или же в других галактиках все происходило аналогичным образом».
Самые ранние звезды Населения 3 изменили Вселенную. Производя металлы, они гарантировали, что последующие звезды будут иметь более высокую металличность. Но какие именно металлы они производили и в каком количестве?
«Мы хотим понять, каковы были свойства этих первых звезд и какие элементы они производили», — сказал Чити.
Трудность в том, что никто никогда не видел звезду Населения 3. Но, идентифицировав звезду с чрезвычайно низким содержанием металлов, очень похожую на первые звезды, исследователи обнаружили следующую лучшую вещь. Также было полезно найти девять других звезд с низким содержанием металлов.
Они сравнили 10 бедных металлами звезд БМО с бедными металлами звездами Млечного Пути. Результаты показывают, как разные процессы и разная среда в обеих галактиках повлияли на звездообразование и обогащение металлами.
![На этой иллюстрации показаны внутреннее и внешнее гало галактики Млечный Путь. Старые, бедные металлами звезды, как правило, обитают в гало. (Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА и А. Фейлдом. [STScI])](/wp-content/uploads/2024/04/STScI-01EVT45HQKNHQRSF0EYER8XWF3.jpg "Большое Магелланово Облако не очень металлическое")
Эти бедные металлами звезды трудно найти. Большинство звезд во Вселенной произошли от последовательных поколений звезд; их повышенная металличность является тому подтверждением. Например, наше Солнце — это богатая металлами звезда Населения 1.
Но эти старые, бедные металлом звезды Населения 2 существуют. Поскольку астрономы, скорее всего, никогда не найдут древнюю звезду Населения 3, звезды Населения 2 с самой низкой металличностью являются следующими лучшими объектами.
«Возможно, менее 1 из 100 000 звезд Млечного Пути является одной из звезд второго поколения», — сказал Чити. «Вы действительно вылавливаете иголки из стога сена».
Но как только астрономы их находят, внешние слои этих редких звезд содержат доказательства условий, в которых они образовались. «Во внешних слоях эти звезды сохраняют элементы вблизи того места, где они образовались», — объяснил Чити. «Если вы сможете найти очень старую звезду и узнать ее химический состав, вы сможете понять, каким был химический состав Вселенной там, где эта звезда сформировалась миллиарды лет назад».
Обнаружение таких бедных металлами звезд в БМО позволило астрономам сравнить условия звездообразования в этой галактике-спутнике с условиями в Млечном Пути. Сравнение может помочь астрофизикам понять, чем могли различаться условия звездообразования.
Одна из 10 звезд БМО выделялась на фоне остальных. Он имел заметно меньшую металличность, чем остальные девять. Названный LMC 119, он в 50 раз более дефицитен по металлам, чем другие. «Учитывая чрезвычайно низкую металличность, эта звезда демонстрирует характеристики звезды второго поколения, сохраняющей химические отпечатки сверхновой первой звезды», — пишут авторы.
Один факт привлек внимание исследователей, когда они составили карту элементов LMC 119. По сравнению со звездами Млечного Пути в нем было гораздо меньше углерода, чем в железе. Фактически то же самое произошло со всеми 10 звездами выборки. Это важно, поскольку БМО не всегда была галактикой-спутником Млечного Пути. Эта ассоциация возникла всего пару миллиардов лет назад или около того. Ее звезды сформировались в отдаленной области Вселенной с сильным красным смещением.
«Это было очень интригующе и предполагает, что, возможно, увеличение количества углерода в самом раннем поколении, как мы видим в Млечном Пути, не было универсальным», — сказал Чити. «Нам придется провести дальнейшие исследования, но это говорит о том, что от места к месту существуют различия».
Для Чити и его коллег вывод очевиден. «Это и другие различия в численности подтверждают, что во внегалактическом раннем БМО наблюдались различные процессы обогащения по сравнению с ранним Млечным Путем. Таким образом, производство ранних элементов, движимое самыми ранними звездами, по-видимому, происходит в зависимости от окружающей среды», — пишут они в своем заключении.
Поскольку Чити и его коллеги-исследователи обнаружили в БМО одну звезду с очень низкой металличностью, среди предполагаемой популяции звезд, составляющей 20 миллиардов звезд, вероятно, их гораздо больше. Чити возглавляет программу по нанесению на карту большего количества звезд на южном небе и поиску большего количества звезд такого типа.
«Это открытие предполагает, что в Большом Магеллановом Облаке должно быть много таких звезд», — сказал он. «Очень интересно открывать звездную археологию Большого Магелланова Облака и иметь возможность так подробно составить карту того, как первые звезды химически обогащали Вселенную в различных регионах».
