Paukščių Tako galaktikoje aptikta žvaigždė, kuri, astronomų teigimu, yra „švariausia“ iki šiol rasta senovinė žvaigždė. Tai reiškia, kad ji beveik (nors ir ne visiškai) nėra užteršta metalais – cheminiais elementais, susidariusiais tik tada, kai pirmosios žvaigždės jau buvo spėjusios gyventi ir mirti.

Mokslininkai ją vadina ankstyvosios Visatos „fosilija“, greičiausiai gimusia iš dujų, kurias praturtino vienas pirmųjų Visatos supernovų sprogimų.

Kadaise mažos masės, į Saulę panaši žvaigždė „SDSS J0715-7334“ šiandien jau yra pasiekusi pagrindinės sekos pabaigą ir tapusi raudonąja milžine. Ji artėja prie savo gyvenimo pabaigos, tačiau išliko pakankamai ilgai, kad galėtų suteikti žinių apie epochas, nutolusias nuo mūsų per ištisus amžius.

„Tokios „švarios“ žvaigždės yra langas į žvaigždžių ir galaktikų aušrą Visatoje“, – teigia Čikagos universiteto kosmologas Alexanderis Ji, vadovavęs tyrimui.

Po Didžiojo sprogimo Visata buvo pripildyta karštos, tankios plazmos miglos, sudarytos iš mažų atominių branduolių ir laisvųjų elektronų. Tuo metu šviesa sunkiai galėjo sklisti: fotonai buvo nuolat išsklaidomi nuo elektronų, todėl Visata iš esmės buvo tamsi.

Maždaug po 300 tūkst. metų Visata pakankamai atvėso, kad protonai ir elektronai galėtų susijungti į neutralų vandenilį ir nedidelį kiekį helio. Iš tankesnių šių „švarių“ dujų sankaupų gimė pačios pirmosios žvaigždės, vadinamos III populiacijos žvaigždėmis.

Elementai, sunkesni už helį, plačiai paplito tik tada, kai tos ankstyvosios žvaigždės mirė. Žvaigždės šviečia dėl branduolinės sintezės – proceso, kai lengvesni atomai jungiasi į sunkesnius: vandenilis virsta heliu, helis – anglimi ir taip toliau. Astronomijoje visi elementai, sunkesni už helį, vadinami metalais.

Sintezės grandinė įprastai sustoja ties geležimi, nes jos jungimas reikalauja daugiau energijos, nei išskiria. Tačiau dar sunkesni elementai susiformuoja per energingus supernovų sprogimus, žyminčius masyvių žvaigždžių mirtį. Tokie sprogimai išbarsto sunkiuosius elementus erdvėje, o vėliau jie įsijungia į naujų žvaigždžių formavimosi procesą.

Visos kada nors išmatuotos žvaigždės turėjo bent kiek metalų, tik jų kiekis labai skiriasi. Žvaigždės, turinčios ypač mažą metalų kiekį, priskiriamos II populiacijai. Jų sudėtis rodo, kad jos galėjo būti praturtintos tik pačių pirmųjų, III populiacijos, žvaigždžių.

„III populiacijos žvaigždžių niekada nepavyko tiesiogiai stebėti: arba jos buvo masyvios, gyveno trumpai ir greitai žuvo, arba mažiausios masės III populiacijos žvaigždės, kurios teoriškai galėtų išlikti iki šių dienų, yra itin retos“, – aiškina „Johns Hopkins“ universiteto astronomas Kevin Schlaufman.

„Bet kuriuo atveju, pirmosios žvaigždžių kartos savybės yra vienas svarbiausių nežinomųjų šiuolaikinėje astrofizikoje“, – priduria jis.

Dėl to II populiacijos, itin metalų stokojančios žvaigždės astronomams yra ypač vertingos: analizuodami jų cheminę sudėtį, mokslininkai bando suprasti, kokios buvo žvaigždės, kurios tas medžiagas pagamino ir išbarstė.

Žvaigždė „SDSS J0715-7334“ buvo atrasta beveik atsitiktinai, kai A. Ji ir jo studentai, vykdydami mokymosi programą, ieškojo įdomių objektų, naudodamiesi „Sloan Digital Sky Survey“ duomenimis. Pirmąją stebėjimų naktį tai buvo tik antra žvaigždė, į kurią buvo nukreiptas teleskopas. Iš pradžių planuota ją stebėti 10 minučių, tačiau galiausiai komanda žiūrėjo net tris valandas.

„Visą naktį stebėjau kamerą, kad įsitikinčiau, jog ji tikrai veikia“, – pasakoja viena iš projekte dalyvavusių studenčių Natalie Orrantia.

Išsamiau ištyrus paaiškėjo, kad žvaigždės sudėtis beveik visiškai susideda iš vandenilio ir helio. Jos metalų kiekis tėra 0,005 proc. Saulės metalų kiekio ir yra beveik perpus mažesnis nei ankstesnės rekordininkės.

Spektre aptiktas tik menkutis geležies pėdsakas, o bendras „metališkumas“ yra 40 kartų mažesnis nei kitos žinomos, pagal geležies kiekį itin skurdžios žvaigždės. Vis dėlto labiausiai tyrėjus nustebino šokiruojamai mažas anglies kiekis.

„Žvaigždėje anglies tiek mažai, kad tai leidžia manyti, jog ją suformuoti padėjo ankstyvas kosminių dulkių „pabarstymas“. Tokį formavimosi kelią esame matę tik kartą“, – teigia A. Ji.

Paprastai dujoms reikia tam tikrų elementų, pavyzdžiui, anglies ar deguonies, kad jos galėtų pakankamai atvėsti ir pradėti formuoti žvaigždes.

Manoma, kad pirmosios Visatos žvaigždės vėso kitokiu keliu – per vandenilio molekules, kurios šį procesą vykdo mažiau efektyviai. Tačiau angliai atsiradus, ji tapo pagrindiniu „aušintuvu“, leidusiu žvaigždžių formavimuisi vykti daug plačiau.

Vis dėlto „SDSS J0715-7334“ anglies trūkumas neleidžia daryti išvados, kad ji susiformavo vien tik vandeniliui vėsinant dujas, kaip greičiausiai buvo pirmųjų žvaigždžių atveju.

Tyrėjai mano, kad jos chemija rodo retą tarpinį režimą: anglies buvo per mažai įprastam vėsinimo mechanizmui, todėl tikėtina, kad dujų debesį susitraukti padėjo nedideli kosminių dulkių kiekiai – III populiacijos supernovų „pelenai“.

Tyrėjai pabrėžia, kad hipotezei patikrinti reikės aptikti daugiau panašiai metalų stokojančių žvaigždžių skirtingose aplinkose.

Įdomu ir tai, kad žvaigždės padėtis bei judėjimas danguje leidžia įtarti, jog ji kilusi ne iš Paukščių Tako, o iš Didžiojo Magelano Debesies – nykštukinės galaktikos, skriejančios aplink mūsų galaktiką. Tai gali reikšti, kad Didžiajame Magelano Debesyje gali būti daugiau tokių itin „švarių“ žvaigždžių, kurios dar laukia atradimo.

„Gali būti, kad tokiose galaktikose kaip Magelano Debesys aptiksime santykinai didesnę itin metalų skurdžių žvaigždžių dalį nei pačiame Paukščių Take“, – teigia K. Schlaufman.

„Norint suprasti, kas iš tikrųjų vyko tais labai senais laikais, kai Paukščių Takas dar buvo jaunas, darbo dar labai daug. Kol kas esame tik paviršutiniškai prisilietę prie šios temos“, – priduria jis.