En kosmisk tidsmaskine opdaget i en dværggalakse
Forskere har fundet et bemærkelsesværdigt objekt i en dværggalakse, hvis kemiske sammensætning minder om forholdene fra universets første milliarder af år efter Big Bang. Stjernen indeholder så få tunge grundstoffer, at den giver et unikt vindue ind i det tidlige univers.
Astronomerne stødte på objektet i en lille, svagt lysende dværggalakse. Den kemiske sammensætning er så fattig på grundstoffer tungere end brint og helium, at den nærmest afspejler forholdene kort efter universets fødsel.
Sådanne objekter fungerer som tidskapseludstyr for videnskabsmænd — de bevarer information om miljøet fra milliarder af år siden. Takket være den ekstremt lave metallicitet giver studiet af en sådan stjerne et kig ind i den periode, hvor de første stjernegenerationer netop var ved at dannes. Opdagelsen bekræfter, at visse dværggalakser fungerer som kosmiske frysere, der i milliarder af år har bevaret primitivt stof næsten uændret.
Forskerholdet offentliggjorde detaljerede analyser i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature Astronomy. Forskerne understreger, at lignende opdagelser hjælper med at forstå, hvordan det tidlige univers så ud, og hvilke processer der førte til berigelse af det interstellare rum med tungere grundstoffer.
Hvor astronomerne opdagede stjernen PicII-503
Objektet har fået betegnelsen PicII-503 og befinder sig i dværggalaksen Pictor II, der ligger cirka 149.000 lysår fra Jorden. Der er tale om en såkaldt ultra-svag dværggalakse — et meget lille og meget svagt system med overraskende gamle stjerner.
Sådanne galakser udgør ideelt terræn for astronomer, der søger efter spor af de ældste stjernepopulationer. I milliarder af år har de bevaret primitivt stof praktisk talt uændret, fordi der kun har foregået minimal nydannelse af stjerner i dem. PicII-503 fangede straks forskernes opmærksomhed, da videnskabsmændene præcist målte dens kemiske sammensætning.
Pictor II hører til de galakser, der kredsløber om Mælkevejen som satellitter. Forskere fra universiteter i Australien og USA benyttede spektrografer på store teleskoper i Chile til observationerne. Målingerne afslørede ekstremt lave metalindhold i stjernens atmosfære.
Hvorfor PicII-503 indeholder så få tunge grundstoffer
Den største overraskelse var de målte værdier for den såkaldte metallicitet — altså indholdet af grundstoffer tungere end brint og helium. I astronomien bruges betegnelsen "metaller" om hele denne gruppe, uanset om der er tale om ilt, jern eller calcium.
Stjernen PicII-503 udviser disse ekstreme værdier:
- Kun 1/43.000 af Solens jernindhold
- Ekstraordinært lavt calciumindhold i atmosfæren
- Næsten ingen spor af tungere grundstoffer dannet i supernovaer
- Kemisk sammensætning svarende til universets tidlige faser
- Metallicitetsværdier tæt på teoretiske modeller for de første stjerner
- Fravær af grundstoffer skabt gennem gentagne kernereaktion
Grundstoffer tungere end helium dannes inde i stjerner gennem kernereaktioner eller ved supernovaeksplosioner. Når en stjerne eksploderer, spreder den disse grundstoffer ud i det interstellare rum og beriger materialet til kommende generationer. PicII-503 opstod imidlertid fra stof, der kun havde gennemgået minimal berigelse.
Forskerne forklarer, at en sådan stjerne må have dannet sig meget tidligt efter Big Bang, da der kun fandtes meget få tunge grundstoffer i universet. Hver ny stjerngeneration indeholder stadig flere metaller, fordi den formes af materiale beriget af foregående generationer.
Hvordan dværggalakser bevarer primitive stjerner
Ultra-svage dværggalakser fungerer som en slags kosmiske frysere. De rummer en lille mængde stof, og deres tyngdekraft er ikke stærk nok til at fastholde den gas, som supernovaer kaster ud. Derfor stoppede dannelsen af nye stjerner i dem meget hurtigt.
Det betyder, at man i sådanne galakser kan finde stjerner, der opstod i universets første milliarder af år, og hvis omgivende miljø siden da næsten ikke har ændret sig. Pictor II er et typisk eksempel på et sådant system med en population af meget gamle stjerner.
Forskerne anslår, at det stof, som PicII-503 dannedes af, sandsynligvis kun blev beriget af en eneste supernova fra den allerførste stjerngeneration. Astronomer kalder sådanne stjerner for Population III, og ingen af dem er endnu observeret direkte. PicII-503 giver dermed indirekte bevis for egenskaberne ved disse hypotetiske objekter.
Hvorfor denne opdagelse er vigtig for videnskaben
PicII-503 er ved at blive ét af de mest ekstreme eksempler på en tidlig stjerngeneration, der kendes uden for Mælkevejen. Forskere har hidtil kun opdaget en håndfuld lignende objekter, og de fleste af dem befinder sig i vores egen galakse.
Opdagelsen i dværggalaksen beviser, at ultra-svage satellitsystemer faktisk bevarer stjerner med primitiv kemisk sammensætning. Forskerne planlægger nu systematisk at gennemsøge andre dværggalakser omkring Mælkevejen ved hjælp af moderne spektrografer.
Disse observationer vil hjælpe astronomer med bedre at forstå, hvordan universet blev beriget med tunge grundstoffer i de første milliarder af år. Hver ny stjerne med ekstremt lav metallicitet præciserer modellerne for det tidlige univers og processerne bag dannelsen af de første stjernegenerationer.
Hvad fremtidige undersøgelser af lignende objekter vil bringe
Forskerholdet planlægger at fortsætte de spektroskopiske observationer af andre stjerner i galaksen Pictor II samt i øvrige ultra-svage dværggalakser. Moderne teleskoper i Chile og på Hawaii gør det muligt at indhente detaljerede spektre selv fra meget svage objekter.
Forskerne håber at opdage yderligere stjerner med tilsvarende ekstrem kemisk sammensætning. Hvert nyt objekt vil bidrage med data om forholdene i det tidlige univers og hjælpe med at efterprøve teoretiske modeller for de første stjernes dannelse. Måske vil det endda lykkes at finde stjerner med en endnu lavere metallicitet end PicII-503.
Tænker du nogensinde over, hvilke hemmeligheder der gemmer sig i stjerner, som har skinnet i milliarder af år og husker en tid, da universet så helt anderledes ud end i dag?
