תצפיות של צוות אסטרונומים בינלאומי עם ספקטרומטר ה- UVES בטלסקופ הגדול מאוד של ESO במצפה הכוכב Paranal (צ'ילה) זרקו אור חדש על התקופה המוקדמת ביותר של גלקסיית שביל החלב.
המדידה הראשונה אי פעם של תכולת הבריליום בשני כוכבים באשכול כדורי (NGC 6397) - דוחפת את הטכנולוגיה האסטרונומית הנוכחית לכיוון הגבול - אפשרה ללמוד את השלב המוקדם בין היווצרות הדור הראשון של הכוכבים בחלב דרך זו של האשכול הכוכב הזה. נמצא כי מרווח הזמן הזה מסתכם ב 200 - 300 מיליון שנים.
גיל הכוכבים ב- NGC 6397, כפי שנקבע באמצעות מודלים של אבולוציה מהממים, הוא 13,400? 800 מיליון שנה. הוספת שני מרווחי הזמן נותנת את גיל שביל החלב, 13,600? 800 מיליון שנה.
האומדן הטוב ביותר כיום לגיל היקום, כפי שהוסק, למשל, ממדידות על רקע מיקרוגל מיקרוסקופי, הוא 13,700 מיליון שנים. התצפיות החדשות מצביעות אפוא על כך שדור הכוכבים הראשון בגלקסיית שביל החלב נוצר זמן קצר לאחר סיום "ימי הביניים האפליים", בערך 200 מיליון שנה, שהצליח את המפץ הגדול.
עידן שביל החלב
בן כמה שביל החלב? מתי הציתו הכוכבים הראשונים בגלקסיה שלנו?
הבנה נכונה של היווצרותה והתפתחותה של מערכת שביל החלב היא מכריעה עבור הידע שלנו על היקום. עם זאת, התצפיות הקשורות הן מהקשות ביותר, אפילו עם הטלסקופים החזקים ביותר הקיימים, מכיוון שהם עוסקים במחקר מפורט של חפצי שמיים ישנים, מרוחקים ובעיקר קלושים.
אשכולות גלובליות ותקופות כוכבים
פיסיקת האסטרו המודרנית מסוגלת למדוד את גילם של כוכבים מסוימים, זה הזמן שחלף מאז נוצרו על ידי עיבוי בעננים בין-כוכביים ענקיים של גז ואבק. יש כוכבים שהם "צעירים" מאוד במונחים אסטרונומיים, רק כמה מיליוני שנים כמו אלה בערפילית אוריון הסמוכה. השמש ומערכת הפלנטה שלה נוצרו לפני כ- 4,560 מיליון שנה, אך כוכבים רבים אחרים נוצרו הרבה יותר מוקדם. כמה מהכוכבים העתיקים ביותר שביל החלב נמצאים באשכולות כוכבים גדולים, בפרט ב"צבירי כדוריים "(צילום PR 23a / 04), המכונים כך בגלל צורתם הכדורית.
כוכבים השייכים לאשכול כדוריים נולדו יחד, מאותו ענן ובאותו הזמן. מכיוון שכוכבים בהמונים שונים מתפתחים בקצב שונה, ניתן למדוד את גיל הצבירים הכדוריים בדיוק טוב למדי. העתיקים שבהם נמצאים בני יותר מ 13,000 מיליון שנה.
עדיין, כוכבי האשכול האלה לא היו הכוכבים הראשונים שנוצרו בדרך החלב. אנו יודעים זאת, מכיוון שהם מכילים כמויות קטנות של יסודות כימיים מסוימים אשר בטח סונתזו בדור מוקדם יותר של כוכבים מאסיביים שהתפוצצו כסופרנובות לאחר חיים קצרים ואנרגטיים. החומר המעובד הופקד בעננים שמהם נוצרו הדורות הבאים של הכוכבים, ראה ESO PR 03/01.
למרות חיפושים אינטנסיביים, עד כה לא ניתן היה למצוא כוכבים פחות מאסיביים מהדור הראשון הזה שעשויים להאיר עד היום. מכאן שאיננו יודעים מתי נוצרו הכוכבים הראשונים הללו. נכון לעכשיו, אנו יכולים רק לומר כי שביל החלב חייב להיות מבוגר מכוכבי האשכול הכדוריים העתיקים ביותר.
אבל כמה מבוגר?
בריליום להצלה
מה שהאסטרופיסיקאים היו רוצים שיהיה זו אפוא שיטה למדידת מרווח הזמן בין היווצרות הכוכבים הראשונים שביל החלב (שרבים מהם הפכו במהרה לסופר-נובות) לבין הרגע בו נוצרו הכוכבים באשכול כדוריים בעידן הידוע. סכום מרווח הזמן הזה וגילם של אותם כוכבים יהיה אז גיל שביל החלב.
תצפיות חדשות עם ה- VLT במצפה הפרנלי של ESO הניבו כעת פריצת דרך בכיוון זה. אלמנט הקסם הוא "בריליום"!
בריליום הוא אחד היסודות הקלים ביותר [2] - גרעין האיזוטופ השכיח והיציב ביותר (Beryllium-9) מורכב מארבעה פרוטונים וחמישה נויטרונים. רק מימן, הליום וליתיום קלים יותר. אך בעוד שלושת אלה יוצרו במהלך המפץ הגדול, ובעוד שרוב האלמנטים הכבדים יותר הופקו מאוחר יותר בפנים של כוכבים, ניתן לייצר את Beryllium-9 רק על ידי "שפיכה קוסמית". כלומר, על ידי פיצול של גרעינים כבדים יותר נעים - שמקורם בפיצוצי הסופרנובה המוזכרים ומכונים "קרניים קוסמיות גלקטיות" אנרגטיות - כאשר הם מתנגשים בגרעינים קלים (בעיקר פרוטונים וחלקיקי אלפא, כלומר גרעיני מימן והליום) בתוך בינוני בין כוכבים.
קרניים קוסמיות גלקטיות ושעון הבריליום
הקרניים הקוסמיות הגלקטיות נסעו לאורך כל דרך החלב הקדומה, בהדרכת השדה המגנטי הקוסמי. הייצור שהתקבל של בריליום היה אחיד למדי בתוך הגלקסיה. כמות הבריליום גדלה עם הזמן וזו הסיבה שהיא עשויה לשמש "שעון קוסמי".
ככל שהזמן שחלף בין היווצרות הכוכבים הראשונים (או יותר נכון, מותם המהיר בפיצוצי סופרנובה) לבין היווצרותם של כוכבי האשכול הכדוריים, היה גבוה יותר תכולת הבריליום במדיום הבין-כוכבי ממנו נוצרו. . לפיכך, בהנחה שבריליום זה נשמר באווירה הכוכבית, ככל שבריליום נמצא יותר בכוכב כזה, כך פרק הזמן ארוך יותר בין היווצרות הכוכבים הראשונים לכוכב זה.
לכן הבריליום עשוי לספק לנו מידע ייחודי ומכריע לגבי משך השלבים המוקדמים של שביל החלב.
תצפית קשה מאוד
בינתיים הכל טוב. היסודות התיאורטיים לשיטת תיארוך זו פותחו בשלושת העשורים האחרונים וכל מה שנדרש הוא אם כן למדוד את תכולת הבריליום בכוכבי אשכול כדוריים.
אבל זה לא פשוט כמו שזה נשמע! הבעיה העיקרית היא שבריליום נהרס בטמפרטורות שמעל כמה מיליוני מעלות. כאשר כוכב מתפתח לכיוון שלב הענק הזוהר, תנועה אלימה (הסעה) נכנסת, הגז באטמוספרה העליונה העליונה נכנס למגע עם הגז הפנימי החם בו נהרס כל הבריליום ותכולת הבריליום הראשונית באטמוספירה הכוכבית היא ובכך מדולל משמעותית. על מנת להשתמש בשעון הבריליום, לכן יש למדוד את תוכן האלמנט הזה בכוכבים פחות מאסיביים ופחות מפותחים באשכול הכדורי. והכוכבים "כוכבי הכיבוי" האלה הם קלושים מהותית.
למעשה, הבעיה הטכנית שיש להתגבר עליה היא פי שלושה: ראשית, כל האשכולים הכדוריים רחוקים למדי וככל שהכוכבים שיש למדוד הם קלושים במהותם, הם נראים קלושים למדי בשמיים. אפילו ב- NGC6397, האשכול הכדורי השני הקרוב ביותר, לכוכבי TO יש גודל חזותי של ~ 16, או פי 10000 יותר חלש מהכוכב הקלוש ביותר הנראה לעין הבלתי עוזרת. שנית, יש רק שתי חתימות בריליום (קווים ספקטרליים) הנראות בספקטרום הכוכב, וכיוון שכוכבים ישנים אלה מכילים בריליום מעט יחסית, קווים אלו חלשים מאוד, במיוחד בהשוואה לקווים ספקטרליים שכנים מאלמנטים אחרים. ושלישית, שני קווי הבריליום ממוקמים באזור ספקטרלי מעט נחקר באורך גל 313 ננומטר, כלומר בחלק האולטרה-סגול של הספקטרום המושפע מאוד מהספיגה באטמוספירה היבשתית בסמוך לניתוק בגובה 300 ננומטר, שמתחתיו תצפיות מהקרקע אינן אפשריות עוד.
לפיכך אין פלא שתצפיות מעולם לא הועלו לפני כן, הקשיים הטכניים היו פשוט בלתי נסבלים.
VLT ו- UVES מבצעים את העבודה
באמצעות ספקטרומטר UVES בעל ביצועים גבוהים בטלסקופ Kuyen, 8.2 מ 'של הטלסקופ הגדול מאוד של ESO במצפה הכוכב Paranal (צ'ילה) הרגיש במיוחד לאור אולטרה סגול, הצליח צוות של ESO ואסטרונומים איטלקים [1] להשיג את האמין הראשון מדידות של תכולת הבריליום בשני כוכבי TO (מסומנים "A0228" ו- "A2111") באשכול הכדורי NGC 6397 (PR תמונה 23b / 04). ממוקם במרחק של כ -7,200 שנות אור לכיוון שדה כוכבים עשיר בקונסטלציה הדרומית ערה, הוא אחד משני אשכולות הכוכבים הקרובים ביותר מסוג זה; השני מסיר 4.
התצפיות בוצעו במהלך מספר לילות במהלך שנת 2003. בהיקף של יותר מעשר שעות חשיפה על כל אחד מכוכבי הגודל ה -16, הם דחפו את ה- VLT וה- UVES לכיוון הגבול הטכני. בהתחשב בהתקדמות הטכנולוגית, מנהיג הצוות, אסטרונום ESO, לוקה פסקוויני, מתרומם: "רק לפני כמה שנים כל תצפית כזו הייתה בלתי אפשרית ופשוט נשארה חלום של אסטרונום!"
הספקטרום שהתקבל (צילום PR 23c / 04) של הכוכבים הקלושים מראים את חתימותיהם החלשות של יוני בריליום (Be II). השוואה בין הספקטרום הנצפה לסדרה של ספקטרום סינטטי עם תכולת בריליום שונה (באסטרופיזיקה: "שפע") אפשרה לאסטרונומים למצוא את ההתאמה הטובה ביותר וכך למדוד את הכמות הקטנה מאוד של בריליום בכוכבים אלה: לכל אטום בריליום ישנם כ -2,224,000,000,000 אטומי מימן.
קווי בריליום נראים גם בכוכב אחר מאותו סוג כמו כוכבים אלה, HD 218052, יחסי ציבור 23c / 04. עם זאת, הוא אינו חבר באשכול וגילו איננו ידוע כמעט כמו זה של כוכבי האשכול. תכולת הבריליום שלו דומה למדי לתוכם של כוכבי האשכול, מה שמצביע על כך שכוכב שדה זה נולד בערך באותה עת עם האשכול.
מהמפץ הגדול עד עכשיו
על פי מיטב תיאוריות הסתימות הנפוצות, כנראה שהכמות המדודה של הבריליום הצטברה במהלך 200 - 300 מיליון שנה. האסטרונום האיטלקי דניאלה גלי, חבר נוסף בצוות, עושה את החישוב: "אז עכשיו אנו יודעים שעידן שביל החלב הוא הרבה יותר מגילו של אותו אשכול כדורית - על כן הגלקסיה שלנו צריכה להיות 13,600? בן 800 מיליון שנה. זו הפעם הראשונה בה אנו מקבלים קביעה עצמאית של ערך בסיסי זה! ".
בתוך אי הוודאות הנתונה, מספר זה משתלב היטב גם עם האומדן הנוכחי לגיל היקום, 13,700 מיליון שנה, זה הזמן שחלף מאז המפץ הגדול. נראה אפוא כי הדור הראשון של הכוכבים בגלקסיית שביל החלב נוצר בערך בזמן ש"ימי הביניים האפלים "הסתיימו, וכעת, ככל הנראה, כמאתיים מיליון שנה אחרי המפץ הגדול.
נראה כי המערכת בה אנו חיים עשויה להיות אחת החברות "המייסדות" של אוכלוסיית הגלקסיה ביקום.
עוד מידע
המחקר שהוצג בהודעה לעיתונות זו נדון במאמר שכותרתו "היה בכוכבי כיבוי של NGC 6397: התפרצות מוקדמת של הגלקסיה, הקוסמוכרונולוגיה והיווצרות אשכולות" מאת ל. פסקיני וסופרים משותפים אשר יפורסמו בכתב העת המחקר האירופי. "אסטרונומיה ואסטרופיסיקה" (astro-ph / 0407524).
המקור המקורי: פרסום חדשות ESO
