Steaua care a explodat la începutul timpului: descoperirea uluitoare a astronomilor este „cu adevărat unică”

Potrivit unui articol publicat în revista Science, cercetătorii au descoperit urme ale unui obiect stelar masiv, datând din perioada de început a Universului, în compoziţia chimică extraordinară a unei stele din Calea Lactee.

„Este vorba despre o stea cu adevărat unică, a cărei semnătură chimică nu a mai fost observată până acum„, a declarat principalul autor al articolului, cercetătorul Wako Aoki, de la Observatorul Naţional din Japonia.

• 1 din 10 copii, victimă a violenței în primele două luni ale anului școlar
• Unde au dispărut grădinițele de stat din România?

O imagine optică a stelei SDSS J0018-0939, obţinută de Sloan Digital Sky Survey.     

În primele sute de milioane de ani de după Big Bang, Universul era alcătuit doar din hidrogen şi heliu, nu avea o structură, nu conţinea nici stele, nici vreo gaură neagră.

„Nu avea nicio caracteristică, era un Univers plictisitor. Apoi, s-au format primele stele şi Universul s-a transformat fundamental„, a spus Volker Bromm, de la University of Texas, din Austin, Statele Unite ale Americii.

Bromm, care nu a participat la studiu, a lucrat foarte mulţi ani la simulări numerice ale formării primelor stele şi galaxii. „Transformarea Universului din starea iniţială într-unul de o complexitate tot mai mare a depins foarte mult de masa primelor stele”.

Fuziunea nucleară care a avut loc în interiorul acestor stele de primă generaţie a dat naştere elementelor chimice mai grele pe care le cunoaştem astăzi, cum ar fi carbonul, oxigenul, magneziul şi fierul. Stelele au murit apoi, provocând explozii – supernove – care au aruncat aceste elemente grele în spaţiu.

Stelele de generaţia a doua s-au format din gazul care conţinea deja şi alte elemente, pe lângă hidrogen şi heliu.

Steaua găsită de echipa condusă de profesorul Aoki, numită SDSS J0018-0939, este una dintre sutele identificate de programul Sloan Digital Sky Survey, stele care conţin de 1.000 de ori mai puţin fier decât Soarele. Astronomii le numesc stele cu conţinut scăzut de metale.

SDSS J0018-0939, în viziunea artistului
    (Credit: NAOJ)

Oamenii de ştiinţă au reuşit să obţină spectrul, cu o rezoluţie foarte mare, a 150 de stele din gama studiată, folosind telescopul japonez Subaru, descompunând lumina în diferite lungimi de undă.

Astfel, astronomii au descoperit o stea din galaxia noastră a cărei compoziţie chimică este foarte stranie. „A trebuit să identificăm lumina absorbită de fiecare element chimic (studiind spectrul luminii emise de stea, n.r.)” , a explicat profesorul Aoki. Când lumina a fost descompusă, unele dintre culori lipseau. Fiecare culoare lipsă reprezintă o lungime de undă ce poate fi absorbită doar de un element chimic anume. Aceasta este modalitatea prin care astronomii ştiu ce elemente chimice se află în compoziţia unei stele.

În prezent, nu există nicio metodă de obsevare directă a primelor stele din Univers, aşa că astronomii se bazează pe indicii indirecte. Specialiştii cercetează compoziţia chimică a stelelor antice, sărace în metale, pentru a deduce caracteristicile primelor supernove, într-un fel de „arheologie stelară”.

„Avem o stea masivă, care în cele din urmă îşi consumă tot combustibilul nuclear, moment în care gravitaţia preia controlul, dând naştere în centrul stelei muribunde fie unei stele neutronice, fie unei găuri negre”, a explicat profesorul Bromm pentru BBC News. „Cea mai mare parte a materiei va rămâne în interiorul găurii negre, ceea ce înseamnă că mare parte dintre metalele grele vor ajunge tot în gaura neagră”.

Teoriile prezic însă, că, în cazul stelelor cu masa de peste 100 de ori mai mare decât a Soarelui, supernova care se formează este cu totul diferită – Pair-Instability supernova. În cazul acesta, explozia finală nu lasă în urmă nicio urmă fizică.

Acestea sunt explozii neobişnuite, extrem de violente. „Este vorba despre o explozie termonucleară uriaşă; tot combustibilul este ars deodată, iar steaua practic se sfâşie în bucăţi”. În acest caz, toate elementele produse de stea sunt aruncate în spaţiu, creând în jur o regiune bogată în metale.

Wako Aoki a adăugat: „Am studiat stele extrem de sărace în metale, dar cantitatea de fier din această stea nu este atât de mică.” Acesta fost primul indiciu că viaţa stelei care a existat înainte în aceeaşi regiune trebuie să se fi terminat printr-o supernovă de tip „Pair-Instability”, explozie care nu poate avea loc decât în cazul stelelor masive.

Un al doilea indiciu a fost prezenţa foarte scăzută a elementelor chimice bariu şi stronţiu. Stelele masive mor înainte de a crea astfel de elemente grele.

În Universul actual stele mai masive de o sută de ori decât Soarele sunt foarte rare. Prezenţa metalelor în cantitate mare, în compoziţia chimică, limitează mărimea unei stele. Pe măsură ce Universul devenea tot mai bogat în metale, în urma supernovelor, apariţia de stele masive a devenit tot mai puţin frecventă.

Astronomii plănuiesc mai multe cercetări în următorii ani, în căutarea stelelor primitive. „Următoarea generaţie de telescoape mari ar putea să capteze lumină de la astfel de stele masive”, a declarat Wako Aoki. „Dar nu ştim dacă aceste stele există într-un număr mare sau nu”, a mai spus acesta.

Stelele uriaşe au o viaţă scurtă, de „doar” trei milioane de ani, de o mie de ori mai puţin decât perioada de viaţă estimată a Soarelui. De aceea, niciuna dintre primele stele uriaşe nu a supravieţuit până acum.

„Nu există nicio posibilitate să găsim o astfel de stea în galaxia noastră. Trebuie să ne îndreptăm atenţia către galaxiile foarte îndepărtate”, a precizat profesorul Aoki.

Astronomii pot vedea trecutul Universului îndreptând telescoapele către obiectele cele mai îndepărtate, având în vedere că lumina emisă de acestea călătoreşte miliarde de ani până la noi.

Telescopul spaţial James Webb al NASA va înlocui Telescopul Spaţial Hubble. Va fi pus pe orbită în 2018 pentru a studia „trecutul întunecat” al Cosmosului.

Volker Bromm este foarte încântat de noul telescop: „Avem încă două ferestre (pentru a privi în trecut, n.r.). Putem observa stelele al căror spectru luminos este deplasat foarte mult spre roşu şi descendenţii locali, fosilele locale”.

Deplasarea spre roşu a spectrului luminii este o măsură a modului în care lumina este afectată de expansiunea Universului şi este folosită de oamenii de ştiinţă pentru calcularea distanţelor cosmice. Cu cât deplasarea spre roşu a spectrului este mai pronunţată, cu atât obiectul care emite lumina respectivă este mai îndepărtat.

Noua descoperire, împreună cu observaţiile viitoare, va ajuta astronomii să schiţeze întreaga istorie a formării stelelor, inclusiv modul în care au apărut toate elementele chimice care, în cele din urmă, au dus la apariţia vieţii pe Pământ.

Surse: Mediafax, BBC News, Science Mag, NAO, Subaru Telescope