Обсерваторія «Близнюки»(Gemini) допомогла виявити, що потік старих зір на околицях нашої галактики є подрібненим зоряним скупченням.
Стародавній (первинний) потік зір, виявлений на краю Молочного Шляху, має менший вміст важких елементів, ніж будь-яка відома зоряна система в нашій галактиці. Спостереження, виконані в обсерваторії Gemini, якою управляє Національна дослідницька лабораторія оптичної та інфрачервоної астрономії (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, NOIRLab) Національного наукового фонду (National Science Foundation, NSF), показали: зорі в цьому потоці були вирвані зі стародавнього зоряного скупчення і є реліктами ранньої доби Молочного Шляху. Це відкриття може пролити нове світлона те, як у Всесвіті утворилися перші зорі.
Міжнародна група дослідників виявила унікальний потік зір, що обертаються навколо Молочного Шляху [1]. Зоряний потік, який називається C-19, міститься на південь від диску нашої галактики. Найближча точка орбіти цього потоку до центра Галактики лежить від нього на відстані приблизно 20 000 світлових років, а найдальша — приблизно 90 000 світлових років. Зоряний потік, хоча його не видно неозброєним оком, простягається на ділянці неба разючого розміру: вона приблизно в 30 разів більша, ніж діаметр повного Місяця.
Спостереження, виконані за допомогою телескопа «Близнюк-Північ» (Gemini North) — він розташований на Гаваях і є частиною міжнародної обсерваторії Gemini — та інструмента GRACES (Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph) [2], дали змогу науковій групі зрозуміти, що C-19 є залишком кулястого зоряного скупчення. Крім того, зорі у потоці мають унікально низьку частку важких елементів, або, як кажуть астрономи, низьку «металічність» [3]. Раніше в астрономії вважали, що кулясті зоряні скупчення мають металічність не нижче 0,2%, але її значення в C-19 безпрецедентно низьке — менше 0,05%. Це менше, ніж у будь-якої зоряної системи, яку досі спостерігали в Молочному Шляху або його околицях.
Відкриття того, що низькометалічний потік виник із кулястого скупчення, має значення для питання утворення зір, зоряних скупчень і галактик у ранньому Всесвіті. Існування такого потоку вказує на те, що кулясті зоряні скупчення та інші перші «будівельні блоки» Молочного Шляху мали змогу утворюватися в середовищі з низьким вмістом металів, перш ніж наступні покоління зір забезпечили Всесвіт більш важкими елементами [4].
«Про існування кулястих зоряних скупчень з такою малою кількістю важких елементів досі не було відомо — деякі теорії навіть припускали, що вони взагалі не можуть утворитися», — зауважив Ніколас Мартін (NicolasMartin) зі Страсбурзької астрономічної обсерваторії, який є першим автором статті в Nature, де йдеться про це відкриття. «Інші теорії припускають, що всі вони вже давно зникли, що робить це головним відкриттям для нашого розуміння того, як утворюються зорі в ранньому Всесвіті».
Дослідники спочатку помітили C-19 у даних місії «Гайя»(Gaia) [5] за допомогою алгоритму, який вони розробили спеціально для виявлення зоряних потоків. Також зорі в C-19 були виявлені в огляді «Первинні» (Pristine survey) — пошуку зір з найнижчою металічністю в Молочному Шляху та навколо нього за допомогою Канадсько-Французько-Гавайського телескопа на Гаваях — як досить цікаві для подальших досліджень. Щоб визначити походження зір, що входять до складу C-19, астрономам потрібні були детальні спектри від GRACES [6]. Наукова група також збирала дані за допомогою спектрографа, встановленого на Великому канарському телескопі (Gran Telescopio Canarias) на острові Ла-Пальма (Канарські острови).
«Інструмент GRACES надав критичні підказки про те, що C-19 є зруйнованим кулястим зоряним скупченням, а не зруйнованою карликовою галактикою, що трапляються частіше», — пояснила Кім Венн (Kim Venn) з Університету Вікторії (Канада), провідний дослідник спостережень за допомогою GRACES [7]. «Ми вже знали, що це потік з дуже бідним вмістом металів, але ідентифікація його як кулястого скупчення вимагала точного значення металічності та докладного вмісту хімічних речовин. Такі дані можна отримати тільки зі спектрів високої роздільної здатності».
Спостереження, виконані в Gemini, свідчать: скупчення, мабуть, утворилося з дуже ранніх поколінь зір, що робить C-19 чудовим реліктом з часів формування перших груп зір. Таким чином, це відкриття покращує наше розуміння процесів утворення зір і зоряних скупчень, що виникли невдовзі після Великого Вибуху. Крім цього, C-19 є природною лабораторією для вивчення найдавніших структур в галактиках, що міститься поруч із «домом».
«Цей артефакт з давніх часів відкриває пряме та унікальне вікно в ранні епохи утворення зір у Всесвіті», — підсумував учасник дослідження Хуліо Наварро (Julio Navarro) з Університету Вікторії. «Хоча астрономи можуть спостерігати найвіддаленіші галактики для вивчення раннього Всесвіту, тепер ми знаємо, що можна вивчати найдавніші структури нашої галактики як скам’янілості тих давніх часів».
«Ця міжнародна співпраця відкриває разюче нове розуміння структури, еволюції та формування нашої галактики», — додав Мартін Стілл (Martin Still), директор програми Gemini в Національному науковому фонді. «Обсерваторія Gemini здобуває фундаментальні результати для розуміння нашого нічного неба, що стосуються космічної екосистеми та нашого власного місця у Всесвіті».
Примітки
[1] Зоряні потоки — це групи зір, які колись перебували у складі кулястих скупчень або карликових галактик, але з часом внаслідок гравітаційних взаємодій були розірвані й сформовані в довгі ланцюги зірок, що простягаються вздовж орбіти їхнього материнського скупчення чи галактики.
[2] Віддалений доступ Gemini до спектрографа CFHT ESPaDOns (Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph, GRACES) є результатом співпраці науковців Канадсько-Французько-Гавайського телескопа (Canada-France-Hawaii Telescope, CFHT), Gemini та NRC-Herzberg (Дослідницький центр астрономії та астрофізики в Канаді — Ред.). Цей інструмент поєднує велику площу збирання випромінювання телескопом Gemini North з високою роздільною здатністю та високою ефективністю спектрографа ESPaDOns, встаноленого на CFHT. Таке поєднання забезпечує спектроскопію високої роздільної здатності на всіх оптичних довжинах хвиль. Це досягнуто завдяки 270-метровому волоконно-оптичному кабелю від телескопа GeminiNorth до ESPaDOnS.
[3] Астрономи використовують термін «метали» для позначення елементів, важчих за гелій. Оскільки більшість звичайної матерії у Всесвіті складається з двох найлегших елементів, водню та гелію, «метали» є зручним скороченням, яке використовується для опису всіх інших елементів. Наприклад, Сонце має металічність 0,012, тобто лише 1,2% Сонця складається з елементів, важчих за гелій (в основному кисень, вуглець і залізо).
[4] Елементи, важчі за гелій, утворюються головно через зоряний нуклеосинтез — створення хімічних елементів завдяки синтезу в ядрах зір. Зорі наприкінці свого життя викидають створені ними важкі елементи у міжзоряний простір і вони потрапляють в нові зірки. В результаті старі зорі з раннього Всесвіту, зазвичай, мають нижчу металічність, ніж молодші зорі, які нещодавно утворилися у відносно багатих металами середовищах.
[5] Космічний зонд Gaia Європейського космічного агентства був запущений у 2013 році з метою створення точної тривимірної мапи з понад мільярдом зір Галактики. Для цих зір буде визначено не лише їхні точні координати, але і параметри їхнього руху, хімічний склад та температури.
[6] Спостереження «Близнюків» були частиною програми великих і тривалих спостережень, яку очолювала Кім Венн з Університету Вікторії (Канада). Щороку кільком астрономам доручають виконувати такі програми в очікуванні значного наукового поступу та покращення співпраці в астрономічній спільноті.
[7] Спостереження Gemini показали, що співвідношення натрію і магнію в зорях C-19 змінювалося втричі, що характерно для зір у стародавніх кулястих скупченнях (найімовірніше через високотемпературне горіння водню).Таке співвідношення не спостерігається в звичайних карликових галактиках.
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
