Астрономы отыскали беднейшее металлами шаровидное скопление

10:00 07 Январь Киев, Украина

С помощью обсерватории Джемини астрономам удалось найти источник звездного потока C-19 из гало Млечного Пути. Учитывая его химический состав, C-19 вероятнее всего является приливным остатком беднейшего на металлы шаровидного скопления из до сих пор известных. Уровень металла С-19 оценили в 0,05 процента, что в четыре раза меньше, чем установленный ранее в астрономии «пол» металла, который считали универсальной величиной. Скопление с такими параметрами могло появиться не позднее первых двух-трех миллиардов лет после образования Вселенной. О своей находке из ранней Вселенной ученые сообщили в журнале Nature.

Что за поток?

В окрестностях Млечного Пути, что в 20 тысячах световых лет от центра Галактики, находится группа звезд с общим орбитальным движением вокруг него. Это звездный поток С-19, который был найден в данных космического телескопа Gaia. Впоследствии его существование подтвердили фотометрические наблюдения, которые и проявили его очень низкую металличность. Астрономы нашли связанные с потоком звезды и пришли к выводу, что прародителем С-19 является шарообразное скопление массой в 0,8х10⁴солнечной и светимостью в 3,9х10³ от Солнца.

В этой работе международная группа ученых из институтов Франции, Канады, Испании и Нидерландов представили анализ восьми звезд из найденного скопления, которые удалось сделать с помощью двух телескопов, Большого телескопа Канарских островов и обсерватории на Гавайях Джемини, а также двух спектрографов — GRACES и OSIRIS. Учитывая спектры выбранных объектов, они относятся к С-19. И все они оказались крайне бедными на металлы — со средней металличностью в 0,05 процента от металла Солнца, что нарушает установленный ранее в астрономии «пол» металла в 0,2 процента.

Это универсальная величина, минимальная граница, вычисленная из наблюдаемых шаровидных скоплений не только Млечного Пути, но и других галактик. До сих пор не было найдено ни одного такого, металличность которого была бы ниже 0,3-0,4 процента. По мнению исследователей, это отражает минимальную массу и максимальное красное смещение для структур, которые могли сохраниться. Впрочем, новое слойное скопление может стать настоящим реликтом ранней Вселенной.

Откуда взялось скопление?

Такой низкой металличности, как у скопления-прародителя С-19, до сих пор не наблюдалось ни в одной звездной системе в Млечном Пути, в его окрестностях или за его пределами. В С-19 эти параметры ниже, как и дисперсия металлов, что исключает вероятность происхождения из области с активным звездообразованием, хотя и в прошлом. Шаровидные скопления сами являются продуктом галактического звездообразования.

Спектры трех звезд показали, что соотношение натрия к магнию в них отличается втрое, что является типичной картиной для звезд в древних шаровидных скоплениях. Еще одними убедительными доказательствами тому, что C-19 является нарушенным шаровидным скоплением, стало распределение углерода и натрия. Также по спектру одной из найденных звезд удалось оценить содержание еще одного тяжелого элемента – бария. Это еще один химический признак происхождения светил, и здесь он также согласуется с теориями для шаровидных скоплений.
 
Фото:  Распределение звезд, связанных с С-19. Nicolas F. Martin и другие. / Nature, 2022

Таким образом, все химические маркеры звезд по выборке астрономов указали на их происхождение из шаровидного скопления. Находка указывает на то, что возможно до наших дней сохранились и другие низкометаллические структуры, которые станут свидетельствами ранней Вселенной.

Как скопление дожило сегодня?

Выбросы из одних звезд постепенно обогащают газ, из которого образуются следующие звезды, что и производит наименее химически обогащенные звездные системы прямыми показаниями структур, сформировавшихся в ранней Вселенной. То есть галактики растут иерархически и постепенно обогащаются по мере образования и развития все большего числа звезд. Но существование C-19 доказывает, что и шаровидные скопления могли формироваться в бедной металлом среде, в которой формировались и первые галактические структуры.

Моделирование показывает, что прародитель C-19 должен был сформироваться в промежутке не более первых двух-трех миллиардов лет после образования Вселенной. Астрономы считают, что позже уже ни одна галактика не будет содержать достаточное количество газа с низким содержанием металлов, чтобы сформировать систему, подобную C-19. Поэтому звезды какой-либо галактики, которые могли подпитать скопления, могут являться большей частью всех звезд, присутствовавших в родительской галактике в то время.

Пока исследователи обсуждают процессы, которые могли так долго защищать показания о прародителе C-19, так что его поток все еще виден сегодня. Например, скопление могло родиться в собственной галактике, частично защищавшей C-19 от разрушительных взаимодействий с Млечным путем. Уточнить возможные сценарии поможет поиск звезд на орбитах, подобных орбитам потока С-19.

Также недавно мы рассказывали о еще одном бедном металле шаровидном скоплении. Его зафиксировали в галактике Андромеда. Оно также поставило под сомнение «пол» металла — уровень железа в нем оценили примерно втрое ниже, чем в наименее металлических звездных скоплениях, зафиксированных ранее. А в 90 процентах потерянной массы шаровидного скопления Паломар 5 обвинили черные дыры, раздувшие скопления и ускорившие бегство из него звезд, которые сегодня стали звездными потоками гало нашей галактики.