Ett internationellt team av astronomer från University of California San Diego, Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), och University of Cambridge har upptäckt stora mängder syre i atmosfären av en av de äldsta och mest elementärt utarmade stjärnorna som är kända - en "primitiv stjärna" som forskare kallar J0815+4729.

Detta nya fynd, som gjordes med W. M. Keck Observatory på Maunakea på Hawaii för att analysera den kemiska sammansättningen av den antika stjärnan, ger en viktig ledtråd om hur syre och andra viktiga grundämnen producerades i de första generationerna av stjärnor i universum.

Resultaten publiceras den 21 januari, 2020 års upplaga av The Astrophysical Journal Letters .

"Det här resultatet är väldigt spännande. Det berättar om några av de tidigaste tiderna i universum genom att använda stjärnor i vår kosmiska bakgård, " sa Keck Observatorys chefsforskare John O'Meara. "Jag ser fram emot att se fler mätningar som denna så att vi bättre kan förstå den tidigaste sådd av syre och andra element i hela det unga universum."

Syre är det tredje vanligaste grundämnet i universum efter väte och helium, och är avgörande för alla former av liv på jorden, som den kemiska basen för andningen och en byggsten av kolhydrater. Det är också den huvudsakliga elementära komponenten i jordskorpan. Dock, syre fanns inte i det tidiga universum; det skapas genom kärnfusionsreaktioner som sker djupt inuti de mest massiva stjärnorna, de med massor som är ungefär 10 gånger solens massa eller mer.

Att spåra den tidiga produktionen av syre och andra grundämnen kräver att man studerar de äldsta stjärnorna som fortfarande finns. J0815+4729 är en sådan stjärna; den bor över 5, 000 ljusår bort mot stjärnbilden lodjur.

"Stjärnor som J0815+4729 kallas halostjärnor, " förklarade astrofysikern Adam Burgasser vid UC San Diego, en medförfattare till studien. "Detta beror på deras ungefär sfäriska fördelning runt Vintergatan, i motsats till den mer välbekanta platta skivan av yngre stjärnor som inkluderar solen."

Halo-stjärnor som J0815+4729 är verkligen uråldriga stjärnor, ger astronomer en titt på elementproduktion tidigt i universums historia.

Forskargruppen observerade J0815+4729 med Keck Observatorys högupplösta Echelle-spektrometer (HIRES) på 10m Keck I-teleskopet. Uppgifterna, som krävde mer än fem timmars stirrande på stjärnan under en enda natt, användes för att mäta förekomsten av 16 kemiska arter i stjärnans atmosfär, inklusive syre.

"Stjärnans primitiva sammansättning indikerar att den bildades under de första hundratals miljoner åren efter Big Bang, möjligen från materialet som drivits ut från Vintergatans första supernovor, " sa Jonay González Hernández, Ramón y Cajal postdoktor och huvudförfattare till studien.

Keck Observatorys HIRES-data om stjärnan avslöjade en mycket ovanlig kemisk sammansättning. Även om det har relativt stora mängder kol, kväve, och syre - ungefär 10, 8, och 3 procent av de mängder som mäts i solen – andra grundämnen som kalcium och järn har överflöd runt en miljondel av solens.

"Bara ett fåtal sådana stjärnor är kända i vår galax halo, men ingen har en så enorm mängd kol, kväve, och syre jämfört med deras järnhalt, sa David Aguado, en postdoktor vid University of Cambridge och medförfattare till studien.

Sökandet efter stjärnor av denna typ involverar dedikerade projekt som sållar igenom hundratusentals stjärnspektra för att avslöja några få sällsynta källor som J0815+4729, sedan uppföljande observationer för att mäta deras kemiska sammansättning. Denna stjärna identifierades först i data som erhölls med Sloan Digital Sky Survey (SDSS), kännetecknades sedan av IAC-teamet 2017 med hjälp av Grand Canary Telescope i La Palma, Spanien.

"Trettio år sedan, vi började på IAC för att studera närvaron av syre i galaxens äldsta stjärnor; dessa resultat hade redan visat att detta grundämne producerades enormt i de första generationerna av supernovor. Dock, vi kunde inte föreställa oss att vi skulle finna ett fall av berikning så spektakulärt som den här stjärnans, " noterade Rafael Rebolo, IAC-direktör och medförfattare till studien.