Den första generationen stjärnor förvandlade universum. Inuti deras kärnor smälte enkelt väte och helium till en regnbåge av element. När dessa stjärnor dog exploderade de och skickade dessa nya element över universum. Järnet som rinner i dina ådror och kalciumet i dina tänder och natriumet som driver dina tankar föddes alla i hjärtat av en sedan länge död stjärna.
Ingen har lyckats hitta någon av dessa första generationens stjärnor, men forskare har tillkännagett ett unikt fynd:en stjärna från den andra generationen som ursprungligen bildades i en annan galax än vår.
"Den här stjärnan ger ett unikt fönster in i den mycket tidiga elementbildande processen i andra galaxer än vår egen," sa Anirudh Chiti, en postdoktor vid University of Chicago och första författare på en tidning som tillkännager resultaten. "Vi har byggt upp en uppfattning om hur dessa stjärnor som berikades kemiskt av de första stjärnorna ser ut i Vintergatan, men vi vet ännu inte om några av dessa signaturer är unika, eller om saker och ting hände på liknande sätt i andra galaxer. ."
Tidningen publicerades den 20 mars i Nature Astronomy.
Chiti är specialiserad på vad som kallas stjärnarkeologi:Rekonstruera hur de tidigaste generationerna av stjärnor förändrade universum. "Vi vill förstå vilka egenskaper de första stjärnorna hade och vilka grundämnen de producerade", sa Chiti.
Men ingen har ännu lyckats direkt se dessa första generationens stjärnor, om några finns kvar i universum. Istället letar Chiti och hans kollegor efter stjärnor som bildades ur askan från den första generationen.
Det är hårt arbete, för även den andra generationens stjärnor är nu otroligt uråldriga och sällsynta. De flesta stjärnor i universum, inklusive vår egen sol, är resultatet av tiotals till tusentals generationer som bygger upp fler och fler tunga grundämnen varje gång.
"Kanske färre än en av 100 000 stjärnor i Vintergatan är en av dessa andra generationens stjärnor," sa han. "Du fiskar verkligen nålar ur höstackar."
Men det är värt det att få ögonblicksbilder av hur universum såg ut bakåt i tiden. "I sina yttre lager bevarar dessa stjärnor elementen nära där de bildades," förklarade han. "Om du kan hitta en mycket gammal stjärna och få dess kemiska sammansättning, kan du förstå hur den kemiska sammansättningen av universum var där den stjärnan bildades för miljarder år sedan."
En spännande märklighet
För denna studie riktade Chiti och hans kollegor sina teleskop mot ett ovanligt mål:stjärnorna som utgör det stora magellanska molnet.
Det stora magellanska molnet är en ljus sträng av stjärnor som är synliga för blotta ögat på södra halvklotet. Vi tror nu att det en gång var en separat galax som fångades av Vintergatans gravitation för bara några miljarder år sedan. Detta gör det särskilt intressant eftersom dess äldsta stjärnor bildades utanför Vintergatan – vilket ger astronomer en chans att lära sig om förhållandena i det tidiga universum alla såg likadana ut eller var olika på andra platser.
Forskarna sökte efter bevis för dessa särskilt forntida stjärnor i det stora magellanska molnet och katalogiserade tio av dem, först med Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit och sedan med Magellan-teleskopet i Chile.
En av dessa stjärnor hoppade genast ut som en konstighet. Den hade mycket, mycket mindre av de tyngre elementen i sig än någon annan stjärna som hittills setts i Stora Magellanska molnet. Detta betyder att den förmodligen bildades i kölvattnet av den första generationen stjärnor – så den hade ännu inte byggt upp tyngre grundämnen under loppet av upprepade stjärnfödslar och dödsfall.
Genom att kartlägga dess grundämnen blev forskarna förvånade över att se att det hade mycket mindre kol än järn jämfört med vad vi ser i Vintergatans stjärnor.
"Det var väldigt spännande, och det tyder på att kanske kolförstärkning av den tidigaste generationen, som vi ser i Vintergatan, inte var universell," sa Chiti. "Vi måste göra ytterligare studier, men det tyder på att det finns skillnader från plats till plats.
"Jag tror att vi fyller i bilden av hur den tidiga elementberikningsprocessen såg ut i olika miljöer", sa han.
Deras resultat bekräftade också andra studier som har antytt att det stora magellanska molnet gjorde mycket färre stjärnor tidigt jämfört med Vintergatan.
Chiti leder för närvarande ett avbildningsprogram för att kartlägga en stor del av den södra himlen för att hitta så tidigast möjliga stjärnor. "Denna upptäckt tyder på att det borde finnas många av dessa stjärnor i det stora magellanska molnet om vi tittar noga," sa han. "Det är verkligen spännande att öppna stjärnarkeologin för det stora magellanska molnet och att så detaljerat kunna kartlägga hur de första stjärnorna kemiskt berikade universum i olika regioner."
Mer information: Anirudh Chiti et al, Anrikning av extragalaktiska första stjärnor i Stora Magellanska molnet, Naturastronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02223-w
Tillhandahålls av University of Chicago
