Наблюденията на международен екип от астрономи със спектрометъра UVES на много големия телескоп на ESO в Обсерваторията Паранал (Чили) хвърлиха нова светлина в най-ранната епоха на галактиката Млечен път.
Първото по рода си измерване на съдържанието на Берилий в две звезди в кълбовиден клъстер (NGC 6397) - изтласкване на настоящата астрономическа технология към границата - направи възможно изследването на ранната фаза между формирането на първото поколение звезди в Млечния Начин и начин на този звезден клъстер. Установено е, че този времеви интервал е 200 - 300 милиона години.
Възрастта на звездите в NGC 6397, определена чрез модели на звездна еволюция, е 13 400? 800 милиона години. Добавянето на двата интервала от време дава възрастта на Млечния път, 13 600? 800 милиона години.
Понастоящем най-добрата оценка за възрастта на Вселената, както се прави, например, от измерванията на космическия микровълнов фон, е 13 700 милиона години. По този начин новите наблюдения показват, че първото поколение звезди в галактиката Млечен път се е формирало скоро след края на ~ тъмните векове, дълги 200 милиона години, които са успели на Големия взрив.
Възрастта на Млечния път
На колко години е Млечният път? Кога се запалиха първите звезди в нашата галактика?
Правилното разбиране на формирането и развитието на системата на Млечния път е от решаващо значение за нашето познание за Вселената. Въпреки това свързаните наблюдения са сред най-трудните, дори и с най-мощните налични телескопи, тъй като те включват подробно проучване на стари, отдалечени и предимно слаби небесни обекти.
Кълбовидни клъстери и векове на звезди
Съвременната астрофизика е в състояние да измери възрастта на определени звезди, това е времето, изминало от момента на образуването им чрез конденз в огромни междузвездни облаци от газ и прах. Някои звезди са много „млади“ в астрономически план, само на няколко милиона години като тези в близката мъглявина Орион. Слънцето и неговата планетна система се е образувало преди около 4,560 милиона години, но много други звезди са се образували много по-рано. Някои от най-старите звезди в Млечния път се намират в големи звездни клъстери, по-специално в „кълбовидни клъстери“ (PR Photo 23a / 04), наречени така поради сфероидната им форма.
Звезди, принадлежащи към кълбовиден клъстер, са родени заедно, от един и същ облак и в същото време. Тъй като звездите с различна маса се развиват с различна скорост, е възможно да се измери възрастта на кълбовидните клъстери с относително добра точност. Установено е, че най-старите са на възраст над 13 000 милиона години.
Все пак тези звезди от гроздове не бяха първите звезди, образувани по Млечния път. Знаем това, защото съдържат малки количества от определени химически елементи, които трябва да са синтезирани в по-ранно поколение масивни звезди, които експлодираха като свръхнови след кратък и енергичен живот. Обработеният материал е бил отложен в облаците, от които са направени следващите поколения звезди, вж. ESO PR 03/01.
Въпреки интензивните търсения, досега не беше възможно да се намерят по-малко масивни звезди от това първо поколение, които може би и до днес блестят. Следователно, ние не знаем кога са се образували тези първи звезди. Засега можем само да кажем, че Млечният път трябва да е по-стар от най-старите звездни кълбовидни звезди.
Но колко по-възрастни?
Берилий към помощ
Следователно това, което астрофизиците биха искали да има, е метод за измерване на времевия интервал между образуването на първите звезди в Млечния път (от които мнозина бързо се превърнаха в свръхнови) и момента, когато звездите в кълбовиден клъстер с известна епоха. Сумата от този интервал от време и възрастта на тези звезди би била тогава епохата на Млечния път.
Новите наблюдения с VLT в Параналната обсерватория на ESO вече направиха пробив в тази посока. Магическият елемент е „Берилий“!
Берилият е един от най-леките елементи [2] - ядрото на най-разпространения и стабилен изотоп (Берилий-9) се състои от четири протона и пет неутрона. По-леки са само водородът, хелият и литият. Но докато тези три са произведени по време на Големия взрив и докато повечето от по-тежките елементи са произведени по-късно във вътрешността на звездите, Берилий-9 може да бъде произведен само чрез "космическо разпръскване". Тоест, чрез фрагментиране на бързо движещи се по-тежки ядра - с произход от споменатите експлозии на свръхнови и наричани енергийни „галактически космически лъчи“ - когато те се сблъскват с леки ядра (предимно протони и алфа частици, т.е. водородни и хелиеви ядра) в междузвездна среда.
Галактически космически лъчи и часовник Берилий
Галактическите космически лъчи обикаляха целия ранен Млечен път, ръководен от космическото магнитно поле. Полученото производство на Берилий беше доста равномерно в галактиката. Количеството на берилий се увеличава с времето и това може да действа като „космически часовник“.
Колкото по-дълго време минаваше между образуването на първите звезди (или по-правилно, бързото им измиране при експлозии на свръхновите) и образуването на кълбовидните звезди, толкова по-високо беше съдържанието на берилий в междузвездната среда, от която те са се образували , По този начин, ако приемем, че този берилий е запазен в звездната атмосфера, колкото повече берилий се намира в такава звезда, толкова по-дълъг е интервалът от време между образуването на първите звезди и тази звезда.
Следователно, берилият може да ни предостави уникална и важна информация за продължителността на ранните етапи на Млечния път.
Много трудно наблюдение
Дотук добре. Теоретичните основи на този метод на датиране са разработени през последните три десетилетия и всичко, което е необходимо, е след това да се измери съдържанието на берилий в някои кълбовидни звезди.
Но това не е толкова просто, колкото звучи! Основният проблем е, че берилият се унищожава при температури над няколко милиона градуса. Когато една звезда се развива към светещата гигантска фаза, пристъпва насилствено движение (конвекция), газът в горната звездна атмосфера влиза в контакт с горещия вътрешен газ, в който е разрушен целият берилий и първоначалното съдържание на берилий в звездната атмосфера е по този начин значително разреден. За да се използва часовникът Берилий, следователно е необходимо да се измери съдържанието на този елемент в по-малко масивни, по-малко еволюирали звезди в кълбовидния клъстер. И тези т. Нар. „Звезди за изключване (TO)“ са присъщо припаднали.
Всъщност техническият проблем, който трябва да се преодолее, е трикратен: Първо, всички кълбовидни клъстери са доста далеч и тъй като звездите, които се измерват, са присъщи бледи, те се появяват доста слабо в небето. Дори и при NGC6397, втория най-близък кълбовиден клъстер, звездите на TO имат визуална величина ~ 16, или 10000 пъти по-слаба от най-слабата звезда, видима за неотделимото око. Второ, има само два берилиеви сигнатура (спектрални линии), видими в звездния спектър и тъй като тези стари звезди съдържат сравнително малко берилий, тези линии са много слаби, особено в сравнение със съседни спектрални линии от други елементи. И трето, двете линии на Берилий са разположени в малко проучен спектрален регион с дължина на вълната 313 nm, т.е. в ултравиолетовата част на спектъра, която е силно повлияна от абсорбцията в земната атмосфера в близост до границата на 300 nm, под която наблюдения от земята вече не са възможни.
Следователно не е чудно, че подобни наблюдения никога не са правени досега, техническите трудности бяха просто непреодолими.
VLT и UVES вършат работа
Използвайки високоефективния UVES спектрометър на 8,2-метровия телескоп Kuyen на много големия телескоп на ESO в Обсерваторията Паранал (Чили), който е особено чувствителен към ултравиолетова светлина, екип от ESO и италиански астрономи [1] успя да получи първия надежден измервания на съдържанието на берилий в две TO-звезди (обозначени "A0228" и "A2111") в кълбовидния клъстер NGC 6397 (PR Photo 23b / 04). Разположен на разстояние около 7 200 светлинни години в посока на богато звездно поле в южното съзвездие Ара, той е един от двата най-близки звездни групи от този тип; другото е Messier 4.
Наблюденията бяха направени през няколко нощи през 2003 г. Общо над 10 часа експозиция на всяка от звездите от 16-та величина, те изтласкаха VLT и UVES към техническата граница. Размишлявайки върху технологичния прогрес, лидерът на екипа, ESO-астрономът Лука Паскини, е възхитен: „Само преди няколко години всяко наблюдение като това би било невъзможно и просто остана мечтата на астронома!“
Получените спектри (PR Photo 23c / 04) на слабите звезди показват слабите подписи на берилиевите йони (Be II). Сравняването на наблюдавания спектър с поредица от синтетични спектри с различно съдържание на берилий (в астрофизиката: „изобилие“) позволи на астрономите да намерят най-подходящото и по този начин да измерят много малкото количество берилий в тези звезди: за всеки атом на Берилий има около 2224 000 000 000 водородни атома.
Берилиевите линии се наблюдават и в друга звезда от същия тип като тези звезди, HD 218052, вж. PR снимка 23в / 04. Той обаче не е член на клъстер и възрастта му далеч не е толкова известна като тази на звездите на клъстера. Съдържанието му в берилий е доста подобно на това на клъстерните звезди, което показва, че тази полева звезда се е родила приблизително в същото време като клъстера.
От Големия взрив до сега
Според най-добрите съвременни теории за разсейване, измереното количество Берилий трябва да се е натрупало в течение на 200 - 300 милиона години. Италианският астроном Даниеле Гали, друг член на екипа, прави изчислението: „Значи сега знаем, че възрастта на Млечния път е много повече от възрастта на този кълбовиден клъстер - следователно нашата галактика трябва да е 13 600? 800 милиона години. За първи път постигнахме независимо определяне на тази основна ценност! “.
В рамките на дадените несигурности това число също се вписва много добре с настоящата оценка на епохата на Вселената - 13 700 милиона години, това е времето, изминало след Големия взрив. По този начин изглежда, че първото поколение звезди в галактиката Млечен път се е формирало по времето, когато е приключило "Тъмните векове", сега се смята, че е около 200 милиона години след Големия взрив.
Изглежда, че системата, в която живеем, може наистина да е един от "основателите" членове на галактическото население във Вселената.
Повече информация
Изследванията, представени в настоящото прессъобщение, се обсъждат в документ, озаглавен „Бъдете в звезди на изключване на NGC 6397: ранно галактическо разплитане, космохронология и формиране на клъстери“ от Л. Паскини и съавтори, които ще бъдат публикувани в европейското научно списание „Астрономия и астрофизика“ (astro-ph / 0407524).
Оригинален източник: ESO News Release
