Астрономы обнаружили следы вещества массивной звезды из ранней Вселенной в красном гиганте в гало Млечного Пути. Предполагается, что «звезда Барбигеймера» взорвалась как сверхновая в прошлом, обогатив межзвездное вещество тяжелыми элементами, из которых сформировалось одно из скоплений в бывшей карликовой галактике Гайя-Энцелад. При этом состав красного гиганта показывает, что современные модели нуклеосинтеза в низкометалличных массивных звездах необходимо дорабатывать. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Звезды с начальной массой более пятидесяти масс Солнца редко встречаются в Млечном Пути и близлежащих галактиках, однако считается, что они были распространенным явлением в ранней Вселенной и сыграли важную роль в обогащении Вселенной элементами тяжелее гелия и водорода, если взрывались как сверхновые в конце жизни, а не колапсировали напрямую в черные дыры. Даже самые мощные на сегодня телескопы, такие как «Джеймс Уэбб», не могут наблюдать напрямую первые массивные звезды в самых далеких галактиках, однако можно оценить их химический состав и начальную функцию масс путем поиска и исследования старых и бедных металлами ([Fe/H] менее −3) звезд, которые встречаются и в Млечном Пути и возникли из газа, загрязненного веществом первых звезд.
Интерес также представляют звезды, умеренно загрязненные продуктами звездного нуклеосинтеза, однако их трудно искать. В частности, парно-нестабильные сверхновые производят так много кальция и железа, что могут быстро обогатить звезды до уровня металличности [Fe/H] около −2, из-за чего обзоры неба по поиску малометалличных светил могут упустить такие звезды.
Группа астрономов во главе с Александром Джи (Alexander P. Ji) из Чикагского университета сообщила об обнаружении звезды J0931+0038 с очень необычным химическим составом. Первоначально она была замечена в данных обзора неба SDSS как кандидат в звезду с низким содержанием металлов, затем ее наблюдали спектрограф BOSS и спектрограф MIKE, установленный на одном из Магеллановых телескопов.
J0931+0038 представляет собой маломассивный красный гигант с эффективной температурой 5220 кельвин и эксцентричной радиальной орбитой в гало Млечного Пути, которая связывается с событием слияния Млечного Пути с карликовой галактикой Гайя-Энцелад. Звезда характеризуется относительно высокой общей металличностью ([Fe/H] = −1,76), демонстрируя при этом низкое содержание Na, K, Sc и Ba, высокое содержание элементов железного пика и Sr-Pd и низкое соотношение [C/O].
Состав звезды не похож ни на одну звезду, которую наблюдали ранее, и не может полностью объясняться в рамках какой-либо текущей модели нуклеосинтеза в массивных звездах. Предполагается, что вещество J0931+0038 значительно обогащено веществом одной низкометалличной массивной звезды-прародителя с начальной массой более 50 масс Солнца, которая получила прозвище «звезда Барбигеймера» из-за впечатляющего химического разнообразия. Это могла быть звезда с массой 80 масс Солнца, которая взорвалась как гиперновая. Альтернативная гипотеза предполагает парно-нестабильную сверхновую, в прародителе которой шли реакции i-процесса (промежуточного захвата нейтронов ядром), обогатившие его металлами.
Стоит отметить, что до сих пор нет исследований нуклеосинтеза в бедных металлами сверхновых во взаимодействующих двойных системах, так как массивные звезды часто находятся в подобных системах, что может лучше объяснять данные наблюдений по сравнению с моделями взрывов одиночных звезд.
Ранее мы рассказывали о том, как ученые отыскали загрязненные веществом первых звезд Вселенной далекие газовые облака.