Wetenschappers hebben de rol van “kosmische archeologen” op zich genomen om een zeldzame, ijzerarme ster van de tweede generatie te ontdekken, in feite een fossiel dat de chemische evolutie van ons universum vastlegt. Net zoals het blootleggen van artefacten hier op aarde ons iets leert over verdwenen generaties mensen, levert deze waarneming hard bewijs op over hoe de eerste generatie sterren stierf om hun opvolgers chemisch te verrijken.
De ster van de tweede generatie, of POP II, werd ontdekt in het dwergsterrenstelsel Pictor II, gelegen op ongeveer 150.000 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Pictor, met behulp van de Dark Energy Camera (DECam) die bovenop de Víctor M. Blanco 4-meter Telescoop is gemonteerd. De ster, aangeduid als PicII-503, bevat slechts 1/40.000ste van het ijzer dat in de zon zit, een ster van de derde generatie, of (wat enigszins verwarrend is) een POP I-ster. Het feit dat PicII-503 de laagste ijzerconcentratie heeft die ooit buiten de Melkweg is waargenomen, maakt het tot een van de meest oeroude sterren die ooit zijn ontdekt. Dat tekort is echter niet het meest opmerkelijke aan PicII-503. Het team ontdekte ook dat deze POP II-ster een enorme overvloed aan koolstof heeft, met een verhouding tussen koolstof en ijzer die meer dan 1.500 keer groter is dan die in de zon. Deze overvloed weerspiegelt de unieke koolstofsignatuur van ijzerarme sterren die worden aangetroffen in de nevelige buitenste halo van de Melkweg. “Ontdekkingen als deze zijn kosmische archeologie: het blootleggen van zeldzame stellaire fossielen die de sporen van de eerste sterren in het heelal bewaren,” aldus Chris Davis, programmadirecteur van de National Science Foundation voor NOIRLab, in een verklaring.
Een soort magie
De eerste sterren in het universum, of POP III-sterren, ontstonden toen de chemische samenstelling van de kosmos niet verder reikte dan waterstof, helium en een paar zwaardere elementen, die astronomen gezamenlijk “metalen” noemen. "Dit betekende dat deze POP III-sterren ook voornamelijk uit waterstof bestonden, met slechts een beetje helium en zeer weinig metalen. Deze sterren smeedden de eerste koolstof en ijzer in hun kernen, materiaal dat in het interstellaire medium terechtkwam toen deze sterren aan het einde van hun leven als supernova's explodeerden. Interstellaire gas- en stofwolken die met deze metalen waren verrijkt, koelden uiteindelijk af en stortten in, waardoor de tweede generatie sterren ontstond: sterren die dankzij de toevoer van zware elementen van hun voorgangers rijker aan metalen waren. Dat maakt POP II-sterren tot een soort tijdcapsules, die een belangrijke fase in de chemische verrijking van het universum vastleggen.
“Het ontdekken van een ster die onmiskenbaar de zware metalen van de eerste sterren heeft behouden, lag op het randje van wat we voor mogelijk hielden, gezien de extreme zeldzaamheid van deze objecten,” aldus teamleider Anirudh Chiti van Stanford University in het persbericht. “Met het laagste ijzergehalte dat ooit in een ultrazwakke dwergsterrenstelsel is gemeten, biedt PicII-503 een ongekend kijkje in de vroege elementvorming binnen een oersysteem.” PicII-503, het eerste bevestigde voorbeeld van een POP II-ster die in een zwakke dwergsterrenstelsel is aangetroffen, kwam naar voren als een ster met een extreem laag metaalgehalte in de gegevens die zijn verzameld tijdens het MAGIC-onderzoek (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK) van DECam. Dit observatieproject, dat 54 nachten in beslag nam, was specifiek opgezet om de oudste en chemisch meest primitieve sterren in de Melkweg en de bijbehorende dwergsterrenstelsels te identificeren. “Zonder de gegevens van MAGIC zou het onmogelijk zijn geweest om deze ster te isoleren tussen de honderden andere sterren in de omgeving van het ultrazwakke dwergsterrenstelsel Pictor II,” aldus Chiti. Chiti en zijn collega's combineerden MAGIC-gegevens met waarnemingen van de Very Large Telescope (VLT) in de Atacama-woestijn in het noorden van Chili en de Baade Magellan Telescope om de lage ijzer- en calciumgehaltes van PicII-503 te ontdekken, de laagste die buiten ons eigen sterrenstelsel zijn waargenomen. Dit onthulde op zijn beurt dat PicII-503 de eerste waarneming was van chemische verrijking in een dwergsterrenstelsel.
Een mogelijke verklaring voor de opvallend lage ijzer-koolstofverhouding van PicII-503 is dat de explosies van POP III-sterren bij hun supernova-uitbarsting relatief weinig energie hadden. Dat zou betekenen dat lichtere elementen zoals koolstof het interstellaire medium in werden geslingerd, terwijl zware elementen zoals ijzer terugvielen in het puin van de supernova. Het feit dat PicII-503 zich bevindt in een van de kleinste dwergsterrenstelsels die ooit zijn waargenomen, met een navenant lage zwaartekrachtinvloed, ondersteunt het idee dat POP III-sterren sterven in supernova's met een lage energie. “Wat mij het meest enthousiast maakt, is dat we een resultaat hebben waargenomen van de allereerste elementproductie in een oersterrenstelsel, wat een fundamentele waarneming is!” zei Chiti. “Het sluit ook naadloos aan bij het kenmerk dat we hebben gezien in de sterren met de laagste metalliciteit in de halo van de Melkweg, waardoor hun oorsprong en de met de eerste sterren verrijkte aard van deze objecten met elkaar worden verbonden.”
Bron: Space.com/NOIRLab
