За допомогою обсерваторії Джеміні астрономам вдалося знайти джерело зоряного потоку C-19 з гало Чумацького Шляху. З огляду на його хімічний склад, C-19 найімовірніше є припливним залишком найбіднішого на метали кулястого скупчення з досі відомих. Рівень металічності С-19 оцінили у 0,05 відсотка, що вчетверо менше, ніж встановлена раніше в астрономії «підлога» металічності, яку вважали універсальною величиною. Скупчення з такими параметрами могло з'явитися не пізніше перших двох-трьох мільярдів років після утворення Всесвіту. Про свою знахідку з раннього Всесвіту вчені повідомили у журналі Nature.
James Josephides / Swinburne Astronomy Productions / S5 Collaboration
Що за потік?
На околицях Чумацького Шляху, щонайближче у 20 тисячах світлових років від центру Галактики, знаходиться група зірок зі спільним орбітальним рухом навколо нього. Це зоряний потік С-19, який відшукали у даних космічного телескопа Gaia. Згодом його існування підтвердили фотометричні спостереження, які і виявили його надзвичайно низьку металічність. Астрономи відшукали пов'язані із потоком зорі та дійшли висновку, що прабатьком С-19 є кулясте скупчення масою у 0,8х10⁴сонячної та світністю у 3,9х10³від Сонця.
У цій роботі міжнародна група вчених з інститутів Франції, Канади, Іспанії і Нідерландів представили аналіз восьми зірок зі знайденого скупчення, які вдалося зробити за допомогою двох телескопів, Великого телескопа Канарських островів та обсерваторії Джеміні, що на Гаваях, а також двох спектрографів — GRACES і OSIRIS. Враховуючи спектри обраних об'єктів, всі вони належать до С-19. І всі вони виявилися вкрай бідними на метали — із середньою металічністю у 0,05 відсотка від металічності Сонця, що порушує встановлену раніше в астрономії «підлогу» металічності у 0,2 відсотка.
Це універсальна величина, мінімальна межа, вирахувана зі спостережуваних кулястих скупчень не лише Чумацького Шляху, а й інших галактик. Досі не було знайдено жодного такого, металічність якого була б нижчою за 0,3-0,4 відсотка. На думку дослідників, це відбиває мінімальну масу і максимальне червоне зміщення для таких структур, які могли зберегтися. Втім, нове шарове скупчення може стати справжнім реліктом раннього Всесвіту.
Звідки взялося скупчення?
Такої низької металічності, як у скупчення-прабатька С-19, досі не спостерігалося у жодної зіркової системи в Чумацькому Шляху, на його околицях або за його межами.Також з огляду на металічність і світність, прародителькою С-19 точно не могла бути яка-небудь карликова галактика. У С-19 ці параметри нижчі, як і дисперсія металів, що виключає імовірність походження з області з активним зореутворенням, хоч і у минулому. Кулясті скупчення самі є продуктом галактичного зореутворення.
Спектри трьох зірок показали, що співвідношення натрію до магнію в них відрізняються втричі, що є типовою картиною для зірок у давніх кулястих скупченнях. Ще одними переконливими доказами тому, що C-19 є порушеним кулястим скупченням, став розподіл вуглецю і натрію. Також за спектром однієї із знайдених зірок вдалося оцінити вміст ще одного важкого елемента – барію. Це ще одна хімічна ознака походження світил і тут він також узгоджується з теоріями для кулястих скупчень.
Розподіл зірок, пов'язаних з С-19. Nicolas F. Martin et al. / Nature, 2022
Таким чином, всі хімічні маркери зірок з вибірки астрономів вказали на їхнє походження з кулястого скупчення. Знахідка вказує на те, що, можливо, до наших днів збереглися й інші низькометалічні структури, які стануть свідченнями раннього Всесвіту.
Як скупчення дожило до сьогодні?
Викиди з одних зірок поступово збагачують газ, з якого утворюються наступні зірки, що і робить найменш хімічно збагачені зоряні системи прямими свідченнями структур, що сформувалися в ранньому Всесвіті. Тобто галактики зростають ієрархічно і поступово збагачуються у міру утворення та розвитку все більшої кількості зірок. Та існування C-19 доводить, що і кулясті скупчення могли формуватися у бідному на метал середовищі, у якому формувалися й перші галактичні структури.
Моделювання показує, що прабатько C-19 повинен був сформуватися у проміжку не більше перших двох-трьох мільярдів років після утворення Всесвіту. Астрономи вважають, що пізніше вже жодна галактика не міститиме достатньо газу з низьким вмістом металів, щоб сформувати систему, подібну до C-19. Тому зорі якої-небудь галактики, які могли підживити скупчення, можуть бути більшою частиною всіх зірок, які були присутні в батьківській галактиці в той час.
Поки дослідники обговорюють процеси, які могли так довго захищати свідчення про прабатька C-19, так що його потік все ще видно сьогодні. Наприклад, скупчення могло народитися у власній галактиці, яка частково захищала C-19 від руйнівних взаємодій з Чумацьким шляхом. Уточнити можливі сценарії допоможе пошук зірок на орбітах, подібних до орбіт потоку С-19.
Також нещодавно ми розповідали про ще одне бідне на метали кулясте скупчення. Його зафіксували у галактиці Андромеда. Воно також поставило під сумнів «підлогу» металічності — рівень заліза у ньому оцінили приблизно втричі нижчим, ніж у найменш металічних зоряних скупченнях, зафіксованих раніше. А у 90 відсотках втраченої маси кулястого скупчення Паломар 5 звинуватили чорні діри, які роздули скупчення і прискорили втечу із нього зірок, які сьогодні стали зірковими потоками гало нашої галактики.