Hvězda, která by neměla existovat

ESO 032/11 tisková zpráva

Tým evropských astronomů použil dalekohled ESO/VLT, aby v naší Galaxii vystopoval typ hvězdy, o kterém si mnozí mysleli, že nemůže existovat. Vědci objevili, že je složena téměř výhradně z vodíku a hélia, a že obsahuje jen velmi malé množství těžších prvků. Díky tomuto záhadnému složení hvězda spadá do 'zakázané zóny' obecně uznávané teorie hvězdného vývoje, což především znamená, že by vůbec neměla existovat. Výsledky byly publikovány 1. září 2011 v odborném časopise Nature.

Jedna slabá hvězda v souhvězdí Lva (Leo) nesoucí katalogové označení SDSS J102915+172927 [1] je stálicí s dosud nejnižším známým obsahem prvků těžších než hélium, které astronomové označují jako 'kovy'. Její hmotnost je ve srovnání se Sluncem menší a hvězda je pravděpodobně starší než 13 miliard let.

„Z obecně uznávané teorie hvězdného vývoje vyplývá, že hvězdy s malou hmotností a extrémně nízkým obsahem kovů by neměly existovat, neboť zárodečný oblak, ze kterého by se taková hvězda měla zformovat, by nikdy nemohl zkondenzovat,“ [2] říká Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Německo a Observatoire de Paris, Francie), vedoucí autorka článku. „Bylo velmi překvapivé nalézt hvězdu v této zakázané zóně. Znamená to, že bude nutné modifikovat některé z modelů vzniku hvězd.“

Vědci zkoumali vlastnosti SDSS J102915+172927 pomocí dalekohledu ESO/VLT ve spojení s přístroji X-shooter a UVES [3], které jim umožnily změřit obsah různých chemických prvků. Ukázalo se, že obsah 'kovů' je v této hvězdě asi 20 000krát nižší než ve Slunci [4], [5].

„Hvězda je velmi slabá a tak extrémně chudá na 'kovy', že jediný prvek těžší než hélium, který jsme byli schopni zaregistrovat při prvním pozorování, byl vápník,“ říká  vedoucí projektu Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Francie). „Abychom mohli světlo hvězdy zkoumat podrobněji s použitím delšího expozičního času a mohli se pokusit najít další kovy, museli jsme u generálního ředitele ESO požádat o přidělení dodatečného pozorovacího času.“  

Kosmologové se domnívají, že nejlehčí chemické prvky – vodík a hélium (společně s malým množstvím lithia) – vznikly krátce po velkém třesku. Téměř všechny těžší prvky byly vytvořeny teprve ve hvězdách. Exploze supernov následně rozptýlily tuto hmotu do okolního prostoru a tím obohatili mezihvězdný materiál o 'kovy'. Nové hvězdy se tedy formují z plynu obohaceného o těžší prvky, a proto mají vyšší obsah 'kovů' než hvězdy staré. Obsah kovů v hvězdě nám tedy dává dobrou představu o jejím stáří.     

„Hvězda, kterou jsme studovali, je extrémně chudá na kovy, a tedy velmi stará. Dokonce může být jednou z nejstarších dosud nalezených hvězd,“ dodává Lorenzo Monaco (ESO, Chile), jeden z členů týmu.

Ve hvězdě SDSS J102915+172927 je však také překvapivý nedostatek lithia. Takto stará hvězda by měla mít složení podobné, jako měl vesmír krátce po velkém třesku. Měla by tedy kromě vodíku a hélia obsahovat jen malé množství několika prvků těžších než helium. Vědci však odhalili, že obsah lithia v této hvězdě je přinejmenším 50krát nižší, než se předpokládá u primitivního materiálu vzniklého při velkém třesku.

„Jak hvězda přišla o lithium, které mělo vzniknout při velkém třesku, je záhadou,“ dodává  Piercarlo Bonifacio.

Vědci zároveň upozornili na to, že tato podivná hvězda pravděpodobně není jedinou svého druhu. „Podařilo se nám identifikovat několik dalších kandidátů na hvězdy, které by mohly mít podobný nebo dokonce nižší obsah 'kovů', než má SDSS J102915+172927. Plánujeme je nyní pozorovat opět pomocí VLT, abychom odhalili, jestli to tak opravdu je,“ uzavírá  Elisabetta Caffau.

Zdroj

Poznámky

[1] Hvězda je katalogizována v rámci přehlídky Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Číselný kód označuje polohu hvězdy na obloze.

[2] Obecně uznávané teorie vzniku hvězd říkají, že hvězdy s nízkou hmotností, jako je SDSS J102915+172927 (asi 0,8 hmotnosti Slunce či méně) mohly vzniknout pouze v okamžiku, kdy exploze supernov obohatily mezihvězdnou látku o 'kovy' nad určitou kritickou úroveň. A to proto, že těžší prvky hrají úlohu 'chladícího činidla', které pomáhá odvádět teplo z oblaků plynu, jež následně mohou gravitačně zkolabovat do podoby hvězd. Bez kovů by byl tlak plynu při zahřívání příliš vysoký. Gravitace oblaku by nebyla dost silná, aby tlak překonala, a ke kolapsu by nedošlo. Jedna z těchto teorií označuje za primární chladící činidla uhlík a kyslík. Ve hvězdě  SDSS J102915+172927 je však obsah uhlíku nižší než minimum nutné k tomu, aby chlazení bylo efektivní.

[3] Přístroje X-shooter a UVES jsou spektrografy dalekohledu VLT. Rozkládají světlo kosmických objektů na základní složky a umožňují detailní studium jejich chemického složení. X-shooter dokáže zachytit velmi široký rozsah vlnových délek na jednom snímku (od ultrafialové až po infračervenou oblast). UVES je zkratka pro Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph, optický přístroj s vysokým rozlišením.

[4] Hvězda HE 1327-2326, která byla objevena v roce 2005, má velmi nízký obsah železa, ale je bohatá na uhlík. Nyní objevená hvězda má nejnižší obsah 'kovů', bereme-li v úvahu všechny prvky těžší než hélium.

[5] Přístroje ESO se významně podílely na mnoha objevech hvězd s nízkým obsahem kovů. Některé z počátečních výsledků byly publikovány například ve zprávách eso0228 a eso0723. Nové objevy ukazují, že pozorování prováděná díky ESO umožnila astronomům udělat další krok k nalezení hvězd první generace.

[6] Prvotní nukleosyntéza znamená vznik chemických prvků s více jak jedním protonem v prvních okamžicích po velkém třesku. Tento proces probíhal po velmi krátkou dobu a umožnil vznik pouze vodíku, hélia a lithia, ale žádných dalších prvků. Teorie velkého třesku předpovídá (a pozorování tuto předpověď potvrzují), že prvotní hmota obsahovala 75 % vodíku, 25 % hélia a pouze stopy lithia (vztaženo k celkové hmotnosti).

Další informace

Výzkum byl prezentován v odborném časopise Nature, v článku pod názvem "An extremely primitive halo star" autorů Caffau, E.; a kol.

Složení týmu: Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg [ZAH], Německo a GEPI — Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS, Francie [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI a Université de Picardie Jules Verne, Amiens, Francie), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching, Německo a GEPI), Lorenzo Monaco (ESO, Chile), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH a GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Itálie), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Itálie), Paolo Molaro (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Itálie) a Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Cassiopée, Nice, Francie).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 15 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 40 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• Odborný článek
• Snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Dr Elisabetta Caffau; Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg / Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS; Heidelberg / Paris, Germany / France; Tel: +49 6221 54 1787 or +33 1 4507 7873; Email: Elisabetta.Caffau@obspm.fr

Dr Piercarlo Bonifacio; Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS; Paris, France; Tel: +33 1 4507 7998 or +33 1 4047 8031; Cell: +33 645 380 509; Email: Piercarlo.Bonifacio@obspm.fr

Dr Lorenzo Monaco; ESO; Santiago, Chile; Tel: +56 2 463 3022; Email: lmonaco@eso.org

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 3200 6655; Email: rhook@eso.org

Překlad: Jiří Srba
Národní kontakt: Viktor Votruba +420 267 103 040; votruba@physics.muni.cz

autor: Jiří Srba