За да разберем значението на това откритие, трябва да погледнем на кълбовидните звездни купове като на истински галактически фосили. Те представляват гъсто населени сферични системи от десетки хиляди до милиони звезди, които са се зародили едновременно в зората на галактическата история. Звездите в тези купове пазят в химическия си състав перфектен отпечатък на условията, при които Млечният път за първи път е започнал да се уплътнява и оформя като галктика.
Астрономите отдавна знаят, че най-старите звездни купове се характеризират с изключително ниско съдържание на тежки елементи, които в астрономията се наричат метали (в астрономията, за разлика от химията, терминът „метал“ се отнася за абсолютно всички химични елементи, които са по-тежки от водород и хелий). Тъй като първите звезди във Вселената са били изградени почти изцяло от водород и хелий, всяко следващо поколение звезди се обогатява с метали, изхвърлени при експлозиите на свръхнови. Поради тази причина бедните на метали купове са перфектната изследователска цел за астрономите, които се опитват да определят точната възраст на Млечния път и да поставят долна граница за възрастта на Вселената.
Купът VVV CL001 е наблюдаван за първи път през 2010 г. по време на мащабното инфрачервено изследване „VISTA Variables in the Vía Láctea“. Първоначално той е класифициран като изключително слаба и маломасивна група от звезди в пренаселения вътрешен регион на галактическата издутина (гъсто наситен от звезди централен регион, който се среща при повечето спирални и лещовидни галактики). Едва през 2019 г. астрономите успяват категорично да потвърдят, че става дума за истински кълбовиден куп, но разстоянието до него, произхода и възрастта му оставаха обвити в мистерия поради изключително трудните условия за наблюдение в тази зона.
Това изображение представлява съвсем малка част от обзора „VISTA Variables in the Via Lactea“, който систематично изследва централните части на Млечния път в инфрачервения спектър. Вдясно се намира кълбовидният звезден куп UKS 1, а вляво е VVV CL001. VVV CL001 представлява е кълбовиден звезден куп, разположен на около 8,22 килопарсека от Слънчевата система, в съзвездието Стрелец. Източник: ESO
Предизвикателството на галактическото ядро
Изследването на обекти, намиращи се толкова близо до центъра на Млечния път, е едно от най-големите предизвикателства пред съвременната наблюдателна астрономия. Пространството там е пренаселено с милиарди фонови звезди, което прави изолирането на членовете на един малък куп изключително трудно. Още по-голям проблем е наличието на гигантски облаци от междузвезден прах и газ. Този прах абсорбира и разсейва видимата светлина, като по този начин драстично засенчва светлината, идваща от далечните звезди.
Поради тези фактори, предишните опити да се изчисли разстоянието до VVV CL001 даваха твърде противоречиви резултати. Точното разстояние обаче е критично парче от пъзела, тъй като без него астрономите не могат да начертаят точната орбита на купа около галактическия център. Интересното е, че този куп се движи със скорост, която се различава драстично от тази на останалите съседни звезди в издутината. Това накара някои изследователи да подозират, че той може да е дошъл от някоя друга уловена сателитна галактика. За да решат този спор, те се нуждаеха от много по-надеждни и чисти данни.
Поглед през „очите“ на съвременните технологииПробивът в изследването идва благодарение на екип, ръководен от Х. Оливарес Карвахал от Астрономическата обсерватория Каподимонте в Италия. Астрономите комбинират възможностите на някои от най-мощните телескопи на Земята и в космоса. Те използват дълбоки инфрачервени наблюдения от камерата FourStar, инсталирана на 6,5-метровия телескоп „Магелан Бааде“ в Чили, и изображения с висока разделителна способност от космическия телескоп „Хъбъл“. Тъй като инфрачервената светлина преминава много по-лесно през праховите облаци, астрономите най-накрая успяват да видят структурата на купа в безпрецедентни детайли.
За да филтрират истинските членове на купа от милиардите фонови звезди, изследователите прилагат сложен алгоритъм за машинно обучение, комбиниран с прецизно проследяване на движението на звездите по небесната сфера. Така те успяват да идентифицират точно 155 звезди, които без съмнение принадлежат на VVV CL001. Изключително важно е, че сред тях за първи път са открити звезди в два ключови етапа от своята еволюция: такива в точката на завиване от главната последователност и такива по хоризонталния клон.
Диаграма на Херцшпрунг–Ръсел е графика, показваща зависимостта между светимостта (абсолютната звездна величина) и цвета на звездите – от високотемпературните синьо-бели звезди в лявата част на диаграмата до нискотемпературните червени звезди в дясната част. Главната последователност се вижда като отчетлива диагонална ивица от горе вляво към долу вдясно. Хоризонталният клон се намира над главната последователност и вляво от клона на гигантите, като се състои от застаряващи, стабилни звезди с ниска маса, които вече претърпяват термоядрен синтез на хелий във въглерод в своите ядра. Източник: Alibg
Точката на завиване бележи момента, в който една звезда напълно изчерпва водородното си гориво в ядрото и започва да се превръща в червен гигант. Тъй като времето, необходимо за достигане на този етап, зависи пряко от масата и възрастта на звездите, това е най-надеждният космически часовник, с който разполагат астрономите. От друга страна, звездите от хоризонталния клон имат много стабилна и предвидима светимост, което ги прави перфектни стандартни свещи (астрономически обект с известна абсолютна яркост) за измерване на космически разстояния.
На границата на позволеното от физикатаЧрез сравняване на събраните данни с теоретичните модели за звездна еволюция, екипът изчислява, че VVV CL001 се намира на разстояние от около 7,34 килопарсека, което се равнява на близо 24 000 светлинни години от Земята. Това потвърждава, че купът наистина е разположен в гъсто населената галактическа издутина, а направеното измерване е с възможно най-малката грешка, докладвана в научната литература до момента.
След като разстоянието е фиксирано, изследователите използват изчистените от прах изображения на телескопа „Хъбъл“, за да определят възрастта на купа. Двата независими метода, приложени от астрономите, дават сходен и изумителен резултат. Възрастта на звездния куп е оценен на 13,4 милиарда години с неопределеност от едва 400 милиона години. Това означава, че VVV CL001 вероятно е най-старият кълбовиден куп в издутината и потенциално в цялата ни Галактика. Тъй като той се намира в самото ядро, астрономите смятат, че той представлява остатък от първичното звездно население, което се е формирало при раждането на Млечния път.
Тази изключително напреднала възраст обаче изправя астрономите пред сериозна космологична дилема. Според съвременните измервания на космическия микровълнов фон (остатъчното топлинно лъчение от Големия взрив), възрастта на самата Вселена е приблизително 13,8 милиарда години. Това поставя твърда горна граница за съществуването на каквито и да е обекти в космоса. Ако VVV CL001 наистина се е формирал толкова рано и, със своите 13,4 милиарда години, е на горната граница, това означава, че Млечният път е започнал да се формира почти веднага след Големия взрив. Изследователите вече планират последващи спектроскопски наблюдения с висока разделителна способност, за да анализират детайлно химическия състав на тези древни звезди. Ако резултатите се потвърдят, астрономите може да бъдат принудени сериозно да преразгледат досегашните модели за ранната еволюция на галактиките и може би дори за възрастта на самата Вселена.
Официалната публикация можете да намерите тук.