Prieš milijardus metų Visata buvo apgaubta tamsos. Tik įsižiebus pirmosioms žvaigždėms kosmosas tapo skaidrus, o šviesa galėjo laisvai sklisti.

Nors mokslininkai šias pirmąsias žvaigždes vadina III populiacijos žvaigždėmis, iki šiol nė vienos jų aptikti nepavyko. Tačiau astronomai rado tai, kas laikoma artimiausiu įmanomu atitikmeniu – žvaigždę, kurios cheminė sudėtis tokia „skurdi“, kad ji, tikėtina, susiformavo vos po pirmosios kartos, pakeitusios Visatą, žvaigždžių.

Tokios žvaigždės priskiriamos II populiacijai ir yra itin retos. Naujausias radinys, pavadintas PicII-503, mokslininkams ypač svarbus: tai geležies stokojanti žvaigždė, aptikta už „Paukščių Tako“ ribų, senovinėje nykštukinėje galaktikoje, kurios amžius siekia daugiau nei 10 mlrd. metų.

„Aptikti žvaigždę, kuri nedviprasmiškai išsaugo pirmųjų žvaigždžių pagamintus sunkiuosius metalus, buvo ties riba to, ką manėme esant įmanoma, turint omenyje, kokie reti yra šie objektai“, – sako Stanfordo universiteto astrofizikas Anirudhas Chiti.

„Mažiausias geležies gausumas, kada nors nustatytas itin blankioje nykštukinėje galaktikoje, PicII-503 suteikia precedento neturintį langą į pirminę elementų gamybą ankstyvojoje sistemoje“, – teigia jis.

Visata neturi centro, todėl, jei pirmosios žvaigždės vis dar egzistuotų, jos būtų pasiskirsčiusios gana tolygiai. Vis dėlto mokslininkai mano, kad III populiacijos žvaigždės buvo gerokai masyvesnės nei šiandien matomos, todėl jų gyvenimas turėjo būti trumpas.

Ankstyvojoje Visatoje žvaigždėms formuotis tinkamų medžiagų įvairovė buvo menka – daugiausia vandenilis ir helis. Tačiau atsiradus žvaigždėms, jų branduoliuose prasidėjo branduolinės reakcijos, „kalančios“ vis sunkesnius elementus, iki pat geležies.

Pasibaigus kurui, šios žvaigždės sprogdavo supernovomis, į kosmosą išmesdamos susintetintus elementus. Be to, supernovų sprogimai yra aplinka, kurioje susidaro ir už geležį sunkesni elementai.

Šie sunkesni elementai, kuriuos astronomai vadina metalais, vėliau susimaišo su dujomis, iš kurių formuojasi naujos kartos žvaigždės. Kuo žvaigždė jaunesnė, tuo paprastai joje daugiau metalų; kuo senesnė – tuo jų mažiau.

PicII-503 yra maždaug už 150 tūkst. šviesmečių, mažytėje ir labai blankioje nykštukinėje galaktikoje „Piktoras II“, skriejančioje aplink „Paukščių Taką“. „Piktoras II“ laikoma vadinamąja fosiline galaktika: joje esančios žvaigždės itin senos, o žvaigždėdaros procesai ir naujų žvaigždžių „prisijaukinimas“ čia nevyko jau milijardus metų.

Dėl to ši vieta ypač tinkama ieškoti žvaigždžių, galėjusių susiformuoti iš medžiagos, praturtintos pirmųjų žvaigždžių palikimu. Būtent to ėmėsi A. Chiti ir jo kolegos.

Tyrėjai pasitelkė „MAGIC“ apžvalgos duomenis, surinktus naudojant „Dark Energy Camera“, įrengtą JAV Nacionalinio mokslo fondo Víctor M. Blanco 4 metrų teleskope. Jie ieškojo žvaigždžių, turinčių itin mažą metalų gausą.

PicII-503 iš karto išsiskyrė. Išanalizavus jos spektrą nustatyta, kad žvaigždėje geležies yra maždaug 43 tūkst. kartų mažiau nei Saulėje, o kalcio – apie 160 tūkst. kartų mažiau. Tačiau anglies gausa, palyginti su šiais elementais, buvo neįprastai didelė – apie 3 tūkst. kartų didesnė.

Tyrėjų teigimu, toks mažas sunkiųjų metalų kiekis geriausiai dera su aiškinimu, kad tai II populiacijos žvaigždė, susiformavusi iš dujų, kurias praturtino pačios pirmosios žvaigždės.

Šis cheminių elementų disbalansas taip pat laikomas užuomina: tikėtina, žvaigždė susiformavo iš neįprastai silpnos supernovos nuolaužų. Tokiu atveju sunkesni elementai, tokie kaip geležis ir kalcis, galėjo „sugrįžti“ į likusį sprogimo branduolį, o lengvesni, pavyzdžiui, anglis, ištrūko į aplinką.

Jei supernova būtų buvusi didesnės energijos, elementai galėjo būti išsviesti tokiu greičiu, kad mažos galaktikos, tokios kaip „Piktoras II“, gravitacija jų nebūtų išlaikiusi. Tuomet PicII-503, kaip manoma, apskritai nebūtų galėjusi susiformuoti.

Šis radinys gali padėti geriau suprasti ir senas žvaigždes, slypinčias mūsų galaktikos haloe. Per savo istoriją „Paukščių Takas“ absorbavo daugybę mažesnių galaktikų ir šį procesą tęsia. Ilgainiui panašus likimas gali ištikti ir „Piktorą II“.

„Labiausiai mane jaudina tai, kad stebime patį pirminės elementų gamybos rezultatą pirmykštėje galaktikoje – tai fundamentali įžvalga“, – sako A. Chiti.

„Be to, tai aiškiai susieja požymius, kuriuos matėme mažiausio metalingumo „Paukščių Tako“ halo žvaigždėse, ir sujungia jų kilmę su pirmųjų žvaigždžių praturtintu šių objektų pobūdžiu“, – priduria jis.