Enligt den mest accepterade kosmologiska teorin bildades de första stjärnorna i vårt universum ungefär 150 till 1 miljard år efter Big Bang. Med tiden började dessa stjärnor samlas för att bilda globulära kluster, som långsamt sammanfördes för att bilda de första galaxerna - inklusive vårt väldigt egna Vintergatan. Under en tid har astronomer hävdat att denna process började för vår galax för 13,51 miljarder år sedan.
I enlighet med denna teori trodde astronomer att de äldsta stjärnorna i universum var kortlivade massiva sådana som har dött sedan dess. Men ett team av astronomer från Johns Hopking University upptäckte nyligen en lågmassastjärna i Vintergatens ”tunna skiva” som är ungefär 13,5 miljarder år gammal. Denna upptäckt indikerar att några av de tidigaste stjärnorna i universum kan vara levande och tillgängliga för studier.
Denna stjärna upptäcktes som en följeslagare till 2MASS J18082002–5104378, en subgiant som är ungefär 1 950 ljusår från Jorden (i konstellationen Ara) och har ett lågt metallinnehåll (metallicitet). När det först observerades 2016, upptäckte upptäckteamet ovanligt beteende som de hänförde till förekomsten av en osynlig följeslagare - möjligen en neutronstjärna eller ett svart hål.
För deras studie, som nyligen publicerades i The Astrophysical Journal, John Hopkins-teamet observerade detta stjärnsystem mellan 2016 och 2017 med hjälp av Magellan Telescopes vid Las Campanas Observatory i Chile. Efter att ha observerat spektra från systemet kunde de urskilja närvaron av en extremt svag sekundärstjärna, som sedan har utsetts till 2MASS J18082002–5104378 B.
Kombinerat med radiella hastighetsmätningar av dess primära, som gav massuppskattningar, bestämde teamet att stjärnan är en lågmassa, extremt låg metallicitetstjärna. Baserat på dess låga metallinnehåll bestämde de också att den är 13,5 miljarder år gammal, vilket gör den till den äldsta ultrametallfattiga stjärnan som hittills upptäckts. Detta betyder att stjärnan är i kosmiska termer en enda generation som tas bort från Big Bang.
Som Kevin Schlaufman - biträdande professor i fysik och astronomi och huvudförfattaren för studien - indikerade i ett pressmeddelande från JHU Hub, var detta en oerhört oväntad upptäckt. "Den här stjärnan är kanske en av tio miljoner," sade han. "Det berättar något mycket viktigt om de första generationerna av stjärnor."
Medan astronomer hittat 30 gamla ultrametallfattiga stjärnor tidigare, hade var och en av de ungefärliga solmassorna. Stjärnan Schlaufman och hans team fann dock endast 14% av solens massa (vilket gjorde den till en röd dvärg av M-typ). Dessutom konstaterades att alla de tidigare upptäckta ultralåga metallicitetsstjärnorna i vår galax hade banor som i allmänhet tog dem långt till det galaktiska planet.
Detta nyupptäckta stjärnsystem kretsar emellertid vår galax på en cirkulär bana (som vår sol), som håller sin relativt nära plan. Denna upptäckt utmanar ett antal astronomiska konventioner och öppnar också upp några mycket intressanta möjligheter för astronomer.
Till exempel har astronomer länge teoretiserat att de tidigaste stjärnorna som bildades efter Big Bang (känd som Befolkning III-stjärnor) skulle ha varit sammansatt helt av de mest grundläggande elementen - dvs väte, helium och små mängder litium. Dessa stjärnor producerade sedan tyngre element i sina kärnor som släpptes ut i universum när de nådde slutet på sina livslängder och exploderade som supernovaer.
Nästa generation av stjärnor att bilda bestod huvudsakligen av samma grundelement, men inkluderade också moln av dessa tyngre element från den tidigare generationen av stjärnor i deras smink. Dessa stjärnor skapade mer tunga element som de sedan släppte i slutet av sin livslängd, och ökade gradvis metalliciteten hos stjärnor i universum med varje efterföljande generation.
Kort sagt trodde astronomer fram till så sent som i slutet av 1990-talet att alla de tidigaste stjärnorna (som skulle ha varit massiva och kortlivade) är länge utrotade. Under de senaste decennierna har astronomiska simuleringar genomförts som antydde att lågmassastjärnor från den tidigaste generationen fortfarande kunde existera. Till skillnad från jätte- stjärnor kan lågmassiga dvärgar (som röda dvärgar) leva i upp till biljoner år.
Upptäckten av denna nya ultrametallfattiga stjärna bekräftar inte bara denna möjlighet, utan den indikerar att det kunde många fler stjärnor i vår galax som har mycket låga massor och mycket låg metallicitet - vilket faktiskt kan vara några av universumets allra första stjärnor . Som Schlaufman antydde:
”Om vår slutsats är korrekt, kan stjärnor med låg massa som en sammansättning uteslutande är resultatet av Big Bang existera. Även om vi ännu inte har hittat ett sådant objekt i vår galax, kan det existera. ”
Om det är sant kan detta göra det möjligt för astronomer att studera hur förhållandena var kort efter Big Bang och före slutet av ”Dark Ages”. Denna period, som varade tills ungefär 1 miljard år efter Big Bang, är också när de tidigaste stjärnorna och galaxerna började bildas, men är fortfarande otillgängliga för våra kraftfullaste teleskoper. Men med stjärnor som överlever från denna mycket tidiga period av kosmisk utveckling, kan astronomer äntligen ha ett fönster in i denna mystiska epok.
Se till att njuta av den här videon av det som illustrerar 2MASS J18082002–5104378 B: s bana runt Vintergatan, med tillstånd av JHU:
