Primitiva stjärnor utanför Vintergatan avslöjas

Else Starkenburg är huvudförfattare till en artikel som rapporterar studien.
– Det vi har upptäckt är egentligen en brist i de spaningsmetoderna som man har använt hittills. Vårt förbättrade angreppssätt gör att vi kan avslöja de primitiva stjärnorna bland alla de andra, vanligare stjärnorna.

De primitiva stjärnorna tros ha bildats ur materia som smiddes kort efter den stora smällen, för 13,7 miljarder år sedan. De kan innehålla mindre en tusendel av den mängden grundämnen tyngre än väte och helium som man hittar i solen och därför kallas de ”extremt metallfattiga stjärnor” [1]. De tillhör en av de första generationerna stjärnor som föddes i vår galax närmaste omgivning. Sådana stjärnor är extremt sällsynta och observeras oftast inuti Vintergatan.

Kosmologer tror att större galaxer som Vintergatan bildades av mindre galaxer som smält samman. Vår Vintergata innehåller en skara av extremt metallfattiga eller ”primitiva” stjärnor som borde redan ha funnits i de dvärggalaxerna som den bildades ur. Liknande populationer borde också finnas i andra dvärggalaxer.

– Än så länge har bevis för dem varit knappa, säger medförfattaren Giuseppina Battaglia. Stora kartläggningar som gjorts under de senaste par åren visade gång på gång att de allra äldsta stjärnpopulationer i Vintergatan stämde inte överens med dem i dvärggalaxerna, något som inte alls var väntat utifrån kosmologiska modeller.

Halter av grundämnen mäter man från spektra, som ger oss stjärnornas kemiska fingeravtryck [2]. Forskarlaget DART (Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities Team, [3]) använde instrumentet FLAMES monterat på ESO:s jätteteleskop VLT (Very Large Telescope) för att mäta spektra av fler än 2000 enskilda stjärnor i fyra av våra galaktiska grannar. Dessa var dvärggalaxerna i Ugnens, Bildhuggarens, Sextantens och Kölens stjärnbilder. Då dvärggalaxerna ligger på avstånd kring 300 000 ljusår från oss – det motsvarar tre gånger Vintergatans storlek – kunde endast spektrumens huvuddrag mätas, som otydliga, utsmetade fingeravtryck. Forskarna upptäckte att inget av de spektrala fingeravtrycken i deras stora samling tycktes tillhöra den gruppen av stjärnor som de var ute efter: de sällsynta extremt metallfattiga stjärnor som är finns i Vintergatan.

Astronomteamet lett av Starkenburg har nu kastat ljus på problemet genom en noggrann jämförelse av spektra med datorbaserade modeller. De upptäckte att endast subtila skillnader skiljer en normalmetallfattig stjärnas kemiska fingeravtryck från det som en extremt metallfattig stjärna ger. Det förklarar varför tidigare metoder inte lyckades identifiera de extrema stjärnorna.

Forskarna bekräftade dessutom ett antal extremt metallfattiga stjärnors nästan metallfria innehåll tack vare mycket mer detaljerade spektra som fångats med instrumentet UVES vid ESO:s VLT. Forskarteamets Vanessa Hill förklarar:
– Jämfört med de fingeravtrycken som vi hade innan var det nu som att titta på fingeravtrycket genom ett mikroskop. Tyvärr kan bara ett litet antal stjärnor observeras på det här sättet, eftersom det är mycket tidskrävande.

Teammedlemmen Martin Tafelmeyer tillägger:
– Bland de nya, extremt metallfattiga, stjärnorna som vi upptäckt i de här dvärggalaxerna har tre av dem relativa halter av tunga grundämnen på mellan bara 1/3000 och 1/10 000 av det som man observerar i solen. Bland dem finns den nuvarande rekordhållare för den mest primitiva stjärnan som upptäckts utanför Vintergatan, säger han.

– Vårt arbete har inte bara avslöjat några av de mycket intressanta första stjärnor i dessa galaxer, konstaterar Starkenburg. Det har också gett en ny, kraftfull metod för att kunna avslöja fler sådana stjärnor. Från och med nu går det inte att gömma sig!

Noter
[1] Enligt de definitioner som används inom astronomin kallas alla andra grundämnen som är tyngre än väte och helium ”metaller”. Sådana metaller, med undantag för ett fåtal lätta grundämnen, skapas av stjärnornas olika generationer.
[2] Som varje regnbåge visar kan vitt ljus delas upp i olika färger. Astronomer delar upp ljuset som de fångar från avlägsna objekt i olika nyanser (eller våglängder). Med ögat kan man urskilja sju färger i regnbågen; astronomer kan kartlägga hundratals fint nyanserade färger. Ett spektrum registrerar de olika mängder av ljus som ett objekt avger i varje smala färgband. Spektrumets detaljer – mer ljus i vissa färger, mindre i andra – är tecken som skvallrar om den kemiska sammansättningen i materian som avger ljuset.
[3] Forskarlaget DART (Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities Team, teamet för halter och radialhastigheter i dvärggalaxer) har medlemmar vid forskningsinstitut i nio olika länder.

Mer information
Forskningsresultaten presenteras i en artikel i tidskriften Astronomy and Astrophysics (“The NIR Ca II triplet at low metallicity” [länk till http://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/200913759/pdf], E. Starkenburg m. fl.). I en kommande artikel (av Tafelmeyer m. fl.) presenteras mätningar med UVES av flera primitiva stjärnor.

I teamet ingår Else Starkenburg, Eline Tolstoy, Amina Helmi och Thomas de Boer (Astronomiska institutet Kapteyn, Groningens universitet, Nederländerna), Vanessa Hill (Laboratoire Cassiopée, Université de Nice Sophia Antipolis, Côte d’Azur-observatoriet, CNRS, Frankrike), Jonay I. González Hernández (Observatoire de Paris, CNRS, Meudon, France and Universidad Complutense de Madrid, Spain), Mike Irwin (University of Cambridge, Storbritannien), Giuseppina Battaglia (ESO), Pascale Jablonka och Martin Tafelmeyer (Genève universitet, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Schweiz), Matthew Shetrone (University of Texas, McDonald-observatoriet, USA) och Kim Venn (University of Victoria, Kanada).

Mer information

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta mellanstatliga organisation inom astronomi och världens mest produktiva observatorium. Det stöds av 14 länder, bland dem Sverige. http://www.eso.org

Kontaktinformation
Robert Cumming, astronom, kontaktperson för ESO:s utåtrikade
verksamhet i Sverige
070 49 33 114, robert@astro.su.se
http://www.eso.org/public/outreach/eson/