Astronomer opdager store mængder ilt i oldtidens stjerners atmosfære

Et internationalt hold af astronomer fra University of California San Diego, Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), og University of Cambridge har detekteret store mængder ilt i atmosfæren af ​​en af ​​de ældste og mest elementært udtømte stjerner kendt - en "primitiv stjerne", som forskere kalder J0815+4729.

Denne nye opdagelse, som blev lavet ved hjælp af W. M. Keck Observatory på Maunakea på Hawaii til at analysere den kemiske sammensætning af den gamle stjerne, giver et vigtigt fingerpeg om, hvordan ilt og andre vigtige grundstoffer blev produceret i de første generationer af stjerner i universet.

Resultaterne offentliggøres den 21. januar, 2020-udgaven af The Astrophysical Journal Letters .

"Dette resultat er meget spændende. Det fortæller os om nogle af de tidligste tider i universet ved at bruge stjerner i vores kosmiske baghave, " sagde Keck Observatory Chief Scientist John O'Meara. "Jeg ser frem til at se flere målinger som denne, så vi bedre kan forstå den tidligste såning af ilt og andre elementer i hele det unge univers."

Ilt er det tredje mest udbredte grundstof i universet efter brint og helium, og er afgørende for alle former for liv på Jorden, som det kemiske grundlag for åndedrættet og en byggesten af ​​kulhydrater. Det er også den vigtigste elementære komponent i jordskorpen. Imidlertid, ilt fandtes ikke i det tidlige univers; det skabes gennem kernefusionsreaktioner, der opstår dybt inde i de mest massive stjerner, dem med en masse på cirka 10 gange Solens masse eller mere.

At spore den tidlige produktion af ilt og andre grundstoffer kræver at studere de ældste stjerner, der stadig eksisterer. J0815+4729 er en sådan stjerne; den bor over 5, 000 lysår væk mod stjernebilledet Lynx.

"Stjerner som J0815+4729 omtales som halostjerner, " forklarede astrofysiker Adam Burgasser ved UC San Diego, medforfatter til undersøgelsen. "Dette skyldes deres nogenlunde sfæriske fordeling omkring Mælkevejen, i modsætning til den mere velkendte flade skive af yngre stjerner, der inkluderer Solen."

Halo-stjerner som J0815+4729 er virkelig gamle stjerner, giver astronomer mulighed for at få et indblik i elementproduktion tidligt i universets historie.

Forskerholdet observerede J0815+4729 ved hjælp af Keck Observatory's High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) på 10m Keck I-teleskopet. Dataene, hvilket krævede mere end fem timers stirring på stjernen over en enkelt nat, blev brugt til at måle mængden af ​​16 kemiske arter i stjernens atmosfære, inklusive ilt.

"Stjernens primitive sammensætning indikerer, at den blev dannet i løbet af de første hundrede millioner år efter Big Bang, muligvis fra det materiale, der blev fordrevet fra Mælkevejens første supernovaer, " sagde Jonay González Hernández, Ramón y Cajal postdoc-forsker og hovedforfatter af undersøgelsen.

Keck Observatorys HIRES-data af stjernen afslørede en meget usædvanlig kemisk sammensætning. Selvom det har relativt store mængder kulstof, nitrogen, og ilt - cirka 10, 8, og 3 procent af de mængder, der måles i Solen - andre grundstoffer som calcium og jern har en overflod omkring en milliontedel af Solens.

"Kun nogle få sådanne stjerner er kendt i glorie af vores galakse, men ingen har sådan en enorm mængde kulstof, nitrogen, og oxygen sammenlignet med deres jernindhold, " sagde David Aguado, en postdoc-forsker ved University of Cambridge og medforfatter til undersøgelsen.

Søgningen efter stjerner af denne type involverer dedikerede projekter, der sigter gennem hundredtusindvis af stjernespektre for at afdække nogle få sjældne kilder som J0815+4729, derefter opfølgende observationer for at måle deres kemiske sammensætning. Denne stjerne blev først identificeret i data opnået med Sloan Digital Sky Survey (SDSS), derefter karakteriseret af IAC-teamet i 2017 ved hjælp af Grand Canary Telescope i La Palma, Spanien.

"For tredive år siden, vi startede på IAC for at studere tilstedeværelsen af ​​ilt i de ældste stjerner i galaksen; disse resultater havde allerede vist, at dette grundstof blev produceret enormt i de første generationer af supernovaer. Imidlertid, vi kunne ikke forestille os, at vi ville finde et tilfælde af berigelse så spektakulært som denne stjernes, " bemærkede Rafael Rebolo, IAC direktør og medforfatter til undersøgelsen.