Observațiile efectuate de o echipă internațională de astronomi cu spectrometrul UVES de pe foarte mare telescop ESO al Observatorului Paranal (Chile) au aruncat o nouă lumină asupra celei mai vechi epoci a galaxiei Calea Lactee.
Prima măsurare a conținutului de beriliu în două stele într-un cluster globular (NGC 6397) - împingând tehnologia astronomică actuală până la limită - a făcut posibilă studierea fazei timpurii dintre formarea primei generații de stele în Lăptos Calea și cea a acestui grup stelar. Acest interval de timp sa dovedit a fi de 200 - 300 milioane de ani.
Vârsta stelelor din NGC 6397, determinată prin intermediul modelelor de evoluție stelară, este de 13.400? 800 de milioane de ani. Adăugarea celor două intervale de timp dă vârsta Căii Lactee, 13.600? 800 de milioane de ani.
În prezent, cea mai bună estimare a vârstei Universului, așa cum s-a dedus, de exemplu, din măsurătorile fundalului cu microunde cosmice, este de 13.700 de milioane de ani. Astfel, noile observații indică faptul că prima generație de stele din galaxia Lăptatei s-a format la scurt timp după sfârșitul „Evul Întunecat” de aproximativ 200 de milioane de ani care a reușit Big Bang-ul.
Epoca Calea Lactee
Câți ani are Calea Lactee? Când s-au aprins primele stele din galaxia noastră?
O înțelegere corectă a formării și evoluției sistemului Calea Lactee este crucială pentru cunoașterea universului. Cu toate acestea, observațiile aferente sunt printre cele mai dificile, chiar și cu cele mai puternice telescoape disponibile, deoarece implică un studiu detaliat al obiectelor cerești vechi, îndepărtate și mai slabe.
Clustere globulare și vârstele stelelor
Astro fizica modernă este capabilă să măsoare vârstele anumitor stele, adică timpul scurs de când s-au format prin condensare în nori uriași interstelari de gaz și praf. Unele stele sunt foarte „tinere” din punct de vedere astronomic, la doar câteva milioane de ani, precum cele din Nebula Orion din apropiere. Soarele și sistemul său planetar s-a format acum aproximativ 4.560 de milioane de ani, dar multe alte stele s-au format mult mai devreme. Unele dintre cele mai vechi stele din Calea Lactee se găsesc în grupuri stelare mari, în special în „grupuri globulare” (PR Foto 23a / 04), așa numite datorită formei sferoide.
Stelele aparținând unui grup globular s-au născut împreună, din același nor și în același timp. Deoarece stelele de mase diferite evoluează la viteze diferite, este posibil să se măsoare vârsta grupurilor globulare cu o precizie rezonabil de bună. Cele mai vechi sunt descoperite cu o vechime de peste 13.000 de milioane de ani.
Totuși, acele stele cluster nu au fost primele stele care s-au format pe Calea Lactee. Știm acest lucru, deoarece conțin cantități mici de anumite elemente chimice care trebuie să fi fost sintetizate într-o generație anterioară de stele masive care au explodat ca supernove după o viață scurtă și energică. Materialul prelucrat a fost depus în norii din care au fost făcute generațiile următoare de stele, cf. ESO PR 03/01.
În ciuda căutărilor intense, până în prezent nu a fost posibil să se găsească stele mai puțin masive ale acestei prime generații care ar putea străluci și astăzi. Prin urmare, nu știm când s-au format aceste prime stele. Deocamdată, putem spune doar că Calea Lactee trebuie să fie mai veche decât cele mai vechi stele de grupuri globulare.
Dar cât mai în vârstă?
Beriliu la salvare
Ceea ce ar dori astrofizicienii să fie, prin urmare, este o metodă de a măsura intervalul de timp dintre formarea primelor stele pe Calea Lactee (din care multe au devenit rapid supernove) și momentul în care s-au format stelele dintr-un grup globular de vârstă cunoscută. Suma acestui interval de timp și vârsta acestor stele ar fi apoi vârsta Căii Lactee.
Noile observații cu VLT de la Observatorul Paranal al ESO au produs acum o dezbatere în această direcție. Elementul magic este „Beriliu”!
Beriliu este unul dintre cele mai ușoare elemente [2] - nucleul celui mai comun și stabil izotop (Beriliu-9) este format din patru protoni și cinci neutroni. Doar hidrogen, heliu și litiu sunt mai ușoare. Dar, în timp ce acele trei au fost produse în timpul Big Bang-ului, iar în timp ce majoritatea elementelor cele mai grele au fost produse mai târziu în interiorul stelelor, Beriliu-9 poate fi produs doar prin „spațiere cosmică”. Adică prin fragmentarea nucleelor mai grele cu mișcare rapidă - originare în exploziile de supernove menționate și denumite „raze cosmice galactice” energetice - când se ciocnesc cu nuclee ușoare (în mare parte protoni și particule alfa, adică nuclee de hidrogen și heliu) din mediu interstelar.
Razele cosmice galactice și ceasul beriliu
Razele cosmice galactice au călătorit pe toată Calea Lactee timpurie, ghidați de câmpul magnetic cosmic. Producția de beriliu rezultată a fost destul de uniformă în cadrul galaxiei. Cantitatea de beriliu a crescut odată cu timpul și de aceea poate acționa ca un „ceas cosmic”.
Cu cât timpul a trecut între formarea primelor stele (sau, mai corect, dispariția rapidă a acestora în exploziile de supernove) și formarea stelelor globulare globulare, cu atât mai mare a fost conținutul de beriliu în mediul interstelar din care au fost formate. . Astfel, presupunând că acest beriliu se păstrează în atmosfera stelară, cu cât beriliu se găsește într-o astfel de stea, cu atât este mai lung intervalul de timp dintre formarea primelor stele și a acestei stele.
De aceea, Beriliu ne poate furniza informații unice și cruciale despre durata etapelor incipiente a Căii Lactee.
O observație foarte dificilă
Până acum, bine. Bazele teoretice pentru această metodă de datare au fost dezvoltate în ultimele trei decenii și tot ceea ce este necesar este apoi să măsurați conținutul de beriliu în unele stele de cluster globular.
Dar acest lucru nu este atât de simplu pe cât sună! Problema principală este că beriliu este distrus la temperaturi peste câteva milioane de grade. Atunci când o stea evoluează spre faza gigant luminoasă, mișcarea violentă (convecție) se instalează, gazul din atmosfera stelară superioară intră în contact cu gazul interior fierbinte în care a fost distrus tot beriliu și conținutul inițial de beriliu în atmosfera stelară este astfel diluate semnificativ. Pentru a utiliza ceasul beriliu, este necesar, prin urmare, să măsurați conținutul acestui element în stele mai puțin masive, mai puțin evoluate din clusterul globular. Și aceste așa-numite „stele de dezactivare (TO) sunt intrinsec leșine.
De fapt, problema tehnică de depășit este de trei ori: în primul rând, toate grupurile globulare sunt destul de îndepărtate, iar stelele care trebuie măsurate sunt leșine intrinsec, par destul de slabe pe cer. Chiar și în NGC6397, al doilea cel mai apropiat grup globular, stelele TO au o magnitudine vizuală de ~ 16, sau 10000 de ori mai slabă decât steaua cea mai slabă vizibilă pentru ochiul neajutat. În al doilea rând, există doar două semnături de beriliu (linii spectrale) vizibile în spectrul stelar și întrucât aceste stele vechi conțin relativ mic Beriliu, acele linii sunt foarte slabe, mai ales în comparație cu liniile spectrale vecine de la alte elemente. Și în al treilea rând, cele două linii de beriliu sunt situate într-o regiune spectrală puțin explorată la lungimea de undă 313 nm, adică în partea ultravioletă a spectrului care este puternic afectată de absorbția în atmosfera terestră, în apropierea tăierii la 300 nm, sub care observațiile de la sol nu mai sunt posibile.
Prin urmare, nu este de mirare că astfel de observații nu au fost făcute niciodată înainte, dificultățile tehnice au fost pur și simplu de necontestat.
VLT și UVES își fac treaba
Folosind spectrometrul UVES de înaltă performanță de pe telescopul Kuyen de 8,2 m al telescopului foarte mare al ESO al Observatorului Paranal (Chile), care este deosebit de sensibil la lumina ultravioletă, o echipă de ESO și astronomi italieni [1] a reușit să obțină primul măsurători ale conținutului de beriliu în două stele TO (notate „A0228” și „A2111”) în clusterul global NGC 6397 (foto PR 23b / 04). Situat la o distanță de aproximativ 7.200 de ani-lumină în direcția unui câmp stelar bogat în constelația de sud Ara, este unul dintre cele două grupuri stelare cele mai apropiate de acest tip; cealaltă este Messier 4.
Observațiile au fost făcute pe parcursul mai multor nopți pe parcursul anului 2003. În total peste 10 ore de expunere pe fiecare dintre stelele cu mărimea a 16-a, au împins VLT și UVES către limita tehnică. Reflectând asupra progresului tehnologic, liderul echipei, astronomul ESO Luca Pasquini, este încântat: „În urmă cu câțiva ani, orice observație de genul acesta ar fi fost imposibilă și a rămas doar un vis al astronomului!”
Spectrele rezultate (PR foto 23c / 04) ale stelelor slabe arată semnăturile slabe ale ionilor de beriliu (Be II). Compararea spectrului observat cu o serie de spectre sintetice cu conținut diferit de beriliu (în astrofizică: „abundență”) le-a permis astronomilor să găsească cea mai bună potrivire și astfel să măsoare cantitatea foarte mică de beriliu din aceste stele: pentru fiecare atom de beriliu există aproximativ 2.224.000.000.000 de atomi de hidrogen.
Liniile de beriliu sunt, de asemenea, văzute într-o altă stea de același tip ca aceste stele, HD 218052, cf. PR PR 23c / 04. Cu toate acestea, nu este membru al unui cluster, iar vârsta sa nu este de departe atât de cunoscută ca cea a stelelor de cluster. Conținutul său de beriliu este destul de similar cu cel al stelelor de cluster, ceea ce indică faptul că această stea de câmp s-a născut cam în același timp cu clusterul.
De la Big Bang până acum
Conform celor mai bune teorii curente de spalare, cantitatea măsurată de beriliu trebuie să se fi acumulat pe parcursul a 200 - 300 de milioane de ani. Astronomul italian Daniele Galli, un alt membru al echipei, face calculul: „Deci, știm că vârsta Calea Lactee este cu mult mai mult decât vârsta acelui grup globular - galaxia noastră trebuie să fie, prin urmare, 13.600? Vechi de 800 de milioane de ani. Este prima dată când obținem o determinare independentă a acestei valori fundamentale! ”.
În cadrul incertitudinilor date, acest număr se potrivește foarte bine și cu estimarea actuală a vârstei Universului, 13.700 de milioane de ani, adică timpul scurs de la Big Bang. Astfel, se pare că prima generație de stele din galaxia Calea Lactee s-a format cam în momentul în care s-a încheiat „Evul Întunecat”, acum se cred că a fost la aproximativ 200 de milioane de ani după Big Bang.
S-ar părea că sistemul în care trăim poate fi într-adevăr unul dintre „membrii fondatori” ai populației de galaxii din Univers.
Mai multe informatii
Cercetările prezentate în acest comunicat de presă sunt discutate într-o lucrare intitulată „Fii în stele neîntrerupte ale NGC 6397: spalarea timpurie a galaxiei, cosmocronologia și formarea clusterului” de L. Pasquini și coautori, care va fi publicat în revista europeană de cercetare „Astronomie & Astrofizică” (astro-ph / 0407524).
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
