Используя Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории, ученым удалось обнаружить в Млечном пути звезду, которая не должна была бы существовать. По крайней мере, такого мнения придерживается ряд ученых. Оказалось, что открытая звезда состоит практически полностью из водорода и гелия, другие химические элементы являются лишь малозаметными примесями. Но согласно текущим представлениям о звездообразовании, такой объект находится в так называемой запрещенной зоне. Проще говоря, он не может существовать. Полностью исследование опубликовано в сегодяшнем выпуске журнала Nature.

Масса открытой звезды, имеющей название SDSS J102915+172927 (номер в каталоге Sloan Digital Sky Survey, раскрывающий положение звезды на небесной сфере), меньше массы нашего Солнца, ее возраст составляет около 13 миллиардов лет. Звезда находится в созвездии Льва и имеет минимальное из всех известных звезд содержание металлов (и вообще элементов тяжелее гелия).

«Наиболее широко распространенная теория говорит о том, что такие легкие звезды с крайне низким содержанием тяжелых элементов не могут существовать, потому что протозвездные облака из вещества, необходимого для образования таких звезд, не могли бы сконденсироваться»,– говорит Элизабетта Каффау из Астрономического Центра Гейдельбергского Университета в Германии, первый автор публикации.

Согласно современным представлениям о звездообразовании, легкие звезды, такие как SDSS J102915+172927 (около 0.8 массы Солнца), образуются после обогащения межзвездного пространства металлами в результате взрывов сверхновых. При этом для образования звезды необходимо некоторое критическое содержание металлов. Тяжелые элементы при этом нужны для того, чтобы вобрать часть тепла газовых облаков, чтобы те могли сжаться и образовать звезды. Без наличия достаточного количества металлов тепловое давление в газовом облаке было бы слишком сильно по сравнению с силами притяжения внутри этого облака, в результате облако не сможет сжаться, образуя звезду. Основными охладителями сейчас считаются углерод и кислород, но в SDSS J102915+172927 их содержится меньше принятого минимума.

 «Было большой неожиданностью впервые обнаружить звезду в запрещенной зоне. Это означает, что мы, возможно, должны пересмотреть некоторые модели звездообразования», – добавляет Каффау.

Исследование проводилось при помощи двух инструментов Очень большого телескопа. Это спектрографы X-shooter и UVES, при помощи которых приходящий из космоса свет разлагается на спектральные составляющие. Оба прибора дополняют друг друга: X-shooter имеет высокую скорость работы и широкий спектр чувствительности, а UVES (The Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) имеет очень высокое разрешение, правда, только ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Совместное использование обоих спектрографов позволило определить химический состав звезды. По итогам измерений ученые сделали вывод, что содержание тяжелых элементов в звезде SDSS J102915+172927 примерно в 20000 раз меньше, чем в Солнце.

До настоящего момента рекордсменом в этом вопросе была звезда HE 1327-2326, открытая в 2005 году. В составе этой звезды очень мало железа, но она богата углеродом и потому вполне может существовать в рамках принятых теорий звездообразования.

«Открытая звезда очень слабая и так бедна тяжелыми элементами, что в наших первых измерениях мы обнаружили присутствие только одного из элементов тяжелее, чем гелий — кальция, – говорит Пьеркарло Бонифацио из Парижской обсерватории, научный руководитель проекта. – Чтобы попробовать найти другие тяжелые элементы, было необходимо исследовать излучение звезды более детально и с более длинными экспозициями, поэтому нам пришлось обратиться к генеральному директору Обсерватории с просьбой о выделении дополнительного рабочего времени телескопа».

В настоящее время принято считать, что два самых легких химических элемента, водород и гелий, образовались вскоре после Большого взрыва. Тогда же образовалось некоторое количество лития. Остальные элементы образовались позже уже внутри звезд. Процесс образования первых химических элементов после Большого взрыва называется первичный нуклеосинтез. Он продолжался в течение очень малого промежутка времени, через несколько мгновений после взрыва и привел к образованию не только названных трех элементов, но и более тяжелых. Согласно принятой теории Большого взрыва, в первичном веществе было около 75% водорода и 25% гелия (по массе), и эти теоретические предсказания уже получили экспериментальное подтверждение.

Распространение звездного вещества в межзвездном пространстве происходило за счет ветров, возникающих при взрывах сверхновых. Это привело к обогащению межзвездной среды металлами. Этим также объясняется более высокое содержание металлов в молодых звездах по сравнению со старыми, образовавшимися, когда металлов еще почти не было. Таким образом, по содержанию металлов в звезде можно судить о ее возрасте.

«Звезда, которую исследовала наша группа, исключительно бедна металлами. Это означает, что она одна из первичных. Возможно, это самая старая из когда-либо наблюдавшихся звезд» – говорит Лоренцо Монако, один из соавторов.

Это, однако, не объясняет недостатка лития в звезде SDSS J102915+172927. Ее состав должен быть очень похож на общий состав Вселенной вскоре после Большого взрыва, то есть, она должна содержать заметное количество лития и незначительные примеси других металлов. Но в ходе исследования выяснилось, что содержание лития в звезде как минимум в 50 раз ниже, чем следует.

«Пока непонятно, каким образом литий, образовавшийся сразу после рождения Вселенной, разложился внутри этой звезды» – говорит Бонифацио.

По мнению авторов исследования, найденная звезда может оказаться не единственной. «Мы вычислили еще несколько звезд, у которых содержание металлов может быть примерно таким же, или даже ниже, чем в SDSS J102915+172927. Сейчас мы планируем наблюдать их с помощью Очень большого телескопа, чтобы убедиться, так ли это» – заключает Каффау.