Ieteicams 2019

Redaktora Izvēle

Turot cilpiņas Grímsvötn izvirdumā, jo pelni izplatās Eiropā
Cooler-Than-Steam brūns punduris izplūst līnija starp zvaigzni un planētu
# 19: Salmonella slimības uzliesmojums izgaismo pārtikas nekaitīgumu

Zvaigznāju arheoloģija

Anonim

Roen Kelly

Arheologi un astronomi, šķiet, nav daudz kopīgi. Viens cilvēks paceļas zemē, bet otra - uz debesīm, un akmens darbarīks, ko Homo erectus reiz bija izmantojis, nevarēja vairāk atšķirties no starojošas zvaigznes, kas atrodas redzamās visuma malā. Taču zinātne patiešām ir pilnīgi līdzīga: abas mēģina saprast šo dabu, meklējot dziļi pagātnē, neatkarīgi no tā, vai tā ir cilvēka sugas vai visuma izcelsme.

Dažiem astronomiem paralēli ir vēl tuvāk. Viena no lielākajām kosmosa noslēpumiem ir tas, kā un kad un kāpēc pirmās zvaigznes izgaida no tumsas, kas sekoja Lielajam sprādzim. Neviens nezina, par ko šīs pirmās zvaigznes izskatījās vai kā viņi dzīvoja un nomira. Bet to rašanās nosaka posmu visam, kas sekoja - visas planētas, zvaigznes un galaktikas, kas iedegas nakts debesīs. Saprotiet pirmās zvaigznes, un jūs saprotat, kā visums izveidojās.

Laika un telpas līcis ir tik liels, ka pat visspēcīgākie teleskopi no šīm pirmajām zvaigznēm nevar redzēt vājo gaismu. Bet pēdējos gados jauna astronomu šķirne - zvaigžņu arhitekti - ir sapratuši, ka ir veids, kā tos izprast, meklējot tuvu mājām Piena ceļa tuvumā un ap to. Pārbaudot senāko tuvāko zvaigžņu ķīmiju, viņi sāk saprast nosacījumus, kādos šīs zvaigznes veidojās, nosacījumus, ko daļēji radījušas īslaicīgās un masīvās pirmās paaudzes zvaigznes, kas agrāk atnāca. "Mēs joprojām redzam to ietekmi uz vidi, piesārņojumu, ko šīs lielās zvaigznes ieviesa, " saka Avi Loebs, Harvardas astronomijas nodaļas vadītājs.

Labās ziņas ir tā, ka visas otrās paaudzes zvaigznes atrodas ap mums. "Daži no labākajiem piemēriem, kas mums ir, ir tikai daži simti gaismas gadu no mums, " saka Timothy Beers, Provost's Astrofizikas krēsls pie Notre Dame. "Viņi tiešām nav tik tālu, un tas parasti pārsteigs cilvēkus, ka mēs varam saprast tālu pagātni, meklējot tik tuvu mājām."

Otrās paaudzes meklēšana

Tikai tāpēc, ka viņi tuvumā, tomēr tas nenozīmē, ka šīs otrās paaudzes zvaigznes ir viegli atrodamas. Faktiski "viņi" ir diezgan reti, "saka Loebs. Piena ceļa spirāles rokās lielākā daļa zvaigznes, ieskaitot sauli, veidojās daudz vēlāk, kad visums jau bija vidus vecumā - apmēram 4 miljardi līdz 6 miljardiem gadu. Loeb saka, ka pat Pēkšļa ceļa pamatā, kas izveidojās agrāk un kur izredzes ir vislielākās no senās zvaigznes atrašanas, "tie joprojām veido mazāk nekā 1 procentu no visām zvaigznēm." Vienīgi nosakot, kuras zvaigznes ir patiesi vecas, tāpēc, ir pirmais, grūts solis.

Roen Kelly

Viens no galvenajiem faktoriem izceļ seno zvaigzni no tāda jaunieša kā mūsu saule: tā sastāvs. Vienīgie elementi, kas parādījušies Lielajā sprādzienā, bija ūdeņradis, hēlijs un mazie litija biti, tāpēc, lai būtu pirmās paaudzes zvaigznes.

Smagāki elementi - ieskaitot slāpekli, skābekli, dzelzi, oglekli un daudz ko citu - tika kaltēti kodolkrāsnīs šo pirmās zvaigznes serdenēs, pēc tam starplaikā izkļūstot starplaikā. "Tas, kas man ir ievērojams, " saka Beers, "ir elementi, kurus mūsdienās saistām ar oglekļa dioksīdu, ko ražo pirmās paaudzes zvaigznes."

Šie atbrīvoti smagāki elementi, kurus astronomi sauc par "metāliem" (pat skābeklis ir metāls astronomā runā), piesārņoja ūdeņradi un hēlijs dreifē starp zvaigznēm. Tāpēc otrās paaudzes zvaigznes ietver šīs sastāvdaļas - "vides piesārņojumu", ko Loeb to sauc. Šie metāli ir fosilijas zvaigžņu arheologi, kas meklē zvaigžņu spektru vai vieglu parakstu, lai meklētu tā sastāvu.

Otrās paaudzes zvaigznes joprojām ir nabadzīgas ar metāliem salīdzinājumā ar mūsdienu zvaigznēm, piemēram, sauli, kuru mūžības mijas vairākus gadu garumā bagātināja vairākas paaudzes zvaigznes. Tātad vecāko dzīvo zvaigžņu meklējumi ir tādu cilvēku meklēšana, kuriem ir tikai vissmalkākās piemaisījumi, parasti izteikti kā dzelzs un ūdeņraža attiecība. Jo tīrāka zvaigzne - jo zemāka ir dzelzs-ūdeņraža attiecība - jo vecāka tā gandrīz noteikti ir.

Gadu desmitiem astronomi atraduši šādas zvaigznes nejauši, neapzinoties arheoloģisko apsolījumu. Tieši tagad "mēs zinām no 50 zvaigznēm, kuru saule ir mazāk par vienu trīs tūkstošdaļu dzelzs daudzuma. Un sešām zvaigznēm - tikai sešām - ir mazāk par vienu desmit tūkstošo dzelzs daudzumu, "saka Loebs. Tas savukārt padzīs viņu iespaidīgos pusmiljardus gadus pēc lielā sprādziena.

Tad 2014. gada februārī Austrālijas nacionālās universitātes Stefana Kellera vadītā komanda paziņoja par zvaigznītes atklāšanu, kuras maksimālais apjoms ir desmit miljoni no tik daudz dzelzs kā saule. "Tas ir zvaigzne bez dzelzs savā spektrā, " saka Kalifornijas Universitātes San Diego Mihaels Normans. "Neviens tāda zvaigzne nav redzējis."

Šis dzelzs trūkums liecina, ka Kellera zvaigzne, kā tas jau zināms, varētu būt senākais, iespējams, 200 miljonu gadu laikā pēc Lielā sprādziena. Ne tikai tas bija pārsteidzošs atradums pats par sevi, bet tas arī izmainīja visu, ko astronomi domāja, ka zināja par pirmajām zvaigznēm.

Gaidāmais Giant Magellan teleskops palīdzēs izpētīt senās zvaigznes.

Milzu Magelāna teleskopa-GMTO korp

Neraugoties uz dzelzs trūkumu, Kellera zvaigznei ir izmērāmi oglekļa, skābekļa un citu metālu daudzumi. "Šī ir patiesi ievērojama lieta, " saka Beers. "Mēs redzam modeli, kas pagaidām var skaidrot tikai ar pirmās paaudzes zvaigznēm."

Pirmās paaudzes izpratne

Sākotnēji astronomi vienkārši pieņēma, ka tad, kad pirmās zvaigznes pārcēlās uz supernovu, sprādzieni vienmērīgi izplūda to iekšējās malas. Bet, pirms atrada Kellera zvaigzni, viņi jau sākuši brīnīties, vai šis attēls ir pārāk vienkāršots.

"Mēs redzējām šo atšķirīgo elementu modeli arī citās vecajās zvaigznēs, " saka Beers - ļoti maz dzelzi, bet vairāk citu metālu, nekā jūs gaidāt. Iemesls: daži pirmās paaudzes vai priekšteces zvaigznes eksplodēja vienmērīgi, kā gaidīts, bet citi ir kaut kā jāglabā uz dzelzs to nāves laikā, vienlaikus ļaujot vieglākiem metāliem izplatīties kosmosā.

Galvenais no šiem vieglākajiem elementiem ir slāpeklis. Dažām dzelzs nabadzīgām zvaigznēm (ieskaitot Kelleru) ir liels slāpekļa daudzums, savukārt citās to būtībā nav. "Manas aizdomas, - saka Beers, - ir tas, ka šī slāpekļa variācija mums liek domāt, ka mēs redzam pierādījumus vismaz divām klašu priekštecēju zvaigznēm." Zvaigžņu arheologi atrada neandertaliešu, kas ir atsevišķa, bet līdzīga suga, zvaigžņu ekvivalents līdzās mūsu iespējamiem priekštečiem.

Saskaņā ar tādiem teorētiķiem kā Austruma Teksasas Universitātes Volkers Bromms, Austinas dzelzsbetons, slāpekļa bagātinātās otrās paaudzes zvaigznes nāk no vienas īpašas klašu priekšteču zvaigznēm ar 10 līdz 100 reizēm saules masu. Simulācijas parāda, ka šīs zvaigznes mirs dramatiskajos sprādzienos, kas atstāj melnās caurulītes, tādējādi sagūstot smagākos elementus. "Šķiltavas, piemēram, ogleklis un skābeklis un slāpeklis, izkļūst, " saka Broms.

Otra pirmās paaudzes zvaigzne, kuras nospiedums ir redzams dzelzs nabadzīgajās, zema slāpekļa zvaigznēs, parasti būtu bijis vēl lielāks - no 50 līdz 100 saules masām. (Acīmredzamā pārklāšanās starp abām klasēm atspoguļo neskaidrības skaitļos, bet modeļnieki noteikti zina, ka šī otrā kategorija būtu bijusi lielāka.)

"Kad zvaigznes ir tik lielā formā, " saka Beers, "viņi mēdz spin ļoti ātri." Pretstatā pirmajai grupai, metāli šajās lielākajās zvaigznēs tiek saspiesti līdz augšējam līmenim, tāpēc tie ir rūpīgi sajaukti, kad zvaigzne eksplodē. Tas nozīmē, ka melni caurumi, kas atstājuši aizmuguri, norīt reprezentatīvu elementu sajaukumu, ne tikai smagākos, un ka dažiem dzelzs ir atļauts izbēgt. Otrās paaudzes zvaigznes, kas izgatavotas no šīm atkritumiem, joprojām būtu salīdzinoši maz dzelzs, tāpat kā jebkura cita senā zvaigzne, bet tām arī ir mazliet slāpekļa.

Tātad pirmās zvaigznes ieguva vismaz divas atšķirīgas garšas, un astronomi bija aizdomas par vēl retāku trešo tipu, taisni milzīgs no 140 līdz 260 saules masām. Šīm gigantiskajām zvaigznēm būtu bijusi virsmas temperatūra miljonos grādu, kas padarītu tās ne karstas vai zilas, bet pietiekami karsta, lai radītu gamma starus, kas ir enerģiskākais gaismas veids. Fizikas likumi nosaka, ka gamma starojums var izkrist pāri elementārās daļiņās: elektronos un positronos. Zvaigžņu gamma stariem bija ārējais spiediens, saglabājot masveida zvaigzni no sabrukšanas, bet pēc tam, kad tie pārvērsās daļiņās, šis ārējais spiediens būtu pagājis, izraisot katastrofālu sabrukumu. Tas radītu gigantiski spēcīgas supernovas, ko astronomi zina par "pāru nestabilitātes" supernovām, kuras būtu pievienojušas savām, nedaudz atšķirīgām elementu kombinācijām starpzvaigžņu gāzu mākoņiem un zvaigznēm, kas no tām izveidojušās.

Magellan Clay teleskops bija galvenais, lai atrastu Kellera zvaigzni.

Anna Frebel / MIT

Saskaņā ar Harvarda Loebs teikto, "viens no svētajām graļām, kurās meklētas metāla sliktas zvaigznes, ir atrast pierādījumus šīm agrīnajām pāru nestabilitātes supernovām." Un, protams, Beers un galvenokārt japāņu komanda 2014. gadā ziņoja par zinātni, ka tuvākā zvaigzne, kas pazīstama kā SDSS J0018-0939, gandrīz noteikti ir otrās paaudzes zvaigzne, kurai piemīt šādas sprādzienbīstamās ķīmiskās izpausmes.

No senām zvaigznēm līdz senām galaktikām

Šī primāro zvaigžņu trīsveidīgo taksonomija varētu labi atspoguļot to objektu kombināciju, kas pirmo reizi parādījās pēc Lielā sprādziena, bet faktiskie pierādījumi ir izrādījušies samērā reti. Tas ir sākuši mainīties, tomēr, pateicoties novērotājiem, piemēram, MIT Anna Frebel, kurš 2000. gada sākumā sāka savu vecmodīgo vienzvaigznu zvaigžņu arheoloģiju kā bakalaura studiju programmu.

Pirms dažiem gadiem Frebel saprata, ka daži no punduru galaktikām, kas orbītā Piena ceļš, varētu būt īpaši bagāti senās zvaigznes avoti. 2014. gada aprīlī viņa un divi kolēģi astrofizikālajā žurnālā paziņoja, ka viņi ir ideāls kandidāts. Kārbu galaktika, kas pazīstama kā Segue 1, atrodas tieši aiz mūsu pašu malas. Agrīnās Visumu simulācijas liek domāt, ka tādas pirmās galaktikas parādījās, jo ūdeņradis un hēlija gāze sāk saplūst. Tie kalpoja par pamatelementiem pilna izmēra galaktikām, saskaroties un saplūstot viena ar otru.

Kas nosaka Segue 1, izņemot citas pundurgalaktikas, tas apstājās veidot zvaigznes, kad parādījās otrās paaudzes zvaigznes. Astronomi nav pārliecināti, kāpēc, taču viņi apgalvo, ka mazā galaktika izstājās no gāzēm, kas agri sāk zvaigžņot. Neatkarīgi no iemesla, rezultāts ir zelta raktuve pētniekiem, piemēram, Frebel, kuri meklē vairāk datu par šīm senajām zvaigznēm. "Mēs domājam, ka lielākā daļa, ja ne visas no zvaigznēm šajā galaktikā, veidojās tikai simts miljonu gadu laikā pēc Lielā sprādziena. Un tas, "viņa saka ar vairāk nekā nedaudz pārāk zemu, " ir sava veida vecs. "

Tas nozīmē, ka Segue 1 varētu iet tālu, lai nodrošinātu teorētiķus ar informāciju, kas viņiem vajadzīga, lai pilnībā izprastu pirmās zvaigznes visās viņu šķirās - ne mazāk kā visaptverošu priekšstatu par to, ko visums izskatījās, kad tas pirmo reizi izgaismoja. Darbs ir ārkārtīgi apgrūtinošs, un līdz šim Frebel un viņas kolēģi ir spējuši noteikt, ka Segue's tūkstošiem vai vairāk zvaigznes ir patiešām ļoti vecas.

Pētot precīzākus datus par šīm senajām, neegagalaktiskajām zvaigznēm, ķīmiskās struktūras ilga daudzus gadus, pat ar spēcīgākajiem teleskopiem uz Zemes vai kosmosā. Tas tāpēc, ka Segue ir tālu (pat ja mēs esam relatīvi kaimiņi), un tā zvaigznes ir vājākas salīdzinājumā ar zvaigžņu arheologiem, kas pētījuši šobrīd. "Šajā brīdī, " saka Broms, "cilvēkiem, piemēram, Anna, varbūt ir nedaudz kvalitatīvu spektru visspilgtākajām zvaigznēm." Bet lietas var mainīties jau sen.

Gargantuan uzdevums

"Zvaigžņu" arheologi vēlas iegūt rokās jauno lielo teleskopu klāstu, kas 2020. gadu sākumā būs tiešsaistē, tostarp trīsdesmit metru teleskopu, milzīgo magnelan teleskopu un daudz ko citu. Tas agrāk bija tāds, ka astronomiem bija grūti atrast pietiekami daudz zvaigznes, lai mācītos. Tagad, ar Segu 1 un ar Frebelu, kas meklē citu seno galaktiku, viņiem ir pārāk daudz. Gaidāmie teleskopi, ar gandrīz 10 reizēm esošo instrumentu vieglās uzņemšanas jaudu, vajadzētu salauzt logjam.

Kārpu galaktikas Segue 1 (apaļš zaļā krāsa) zvaigznes ir zvaigžņu arheologiem labvēlīgs, jo tie ir ļoti veci otrās paaudzes zvaigznes.

Marla Geha / Yale universitāte

"Tas ir patiešām aizraujošs laiks, " saka Broms. "Tagad mums ir šīs augstas precizitātes laboratorijas" - tas ir, otrās paaudzes zvaigznes - "kas mums precīzi norāda, cik viss bija līdzīgs agrīnajos laikos, " viņš saka. "Pirms tam mēs bijām tikai ballparkā." Un drīz, astronomiem būs instrumenti, lai tos izpētītu nepieredzēti detaļās.

Loeb piekrīt. Līdz šim astronomi ir tieši pētījuši visuma agrīno vēsturi, mēģinot arvien vairāk un tālāk novirzīt vecāku gaismu, mēģinot iztīrīt noslēpumus par to, kā Cosmos vispirms pārplīsīs gaismā. "Tagad mēs kosmoloģiju darām, raķājoties tieši mūsu labajā pagalmā, " viņš saka.

Un tas atmaksājas. "Mums ir saprātīgi saprast nodaļu nosaukumus stāstā par to, kā parādījās pirmās zvaigznes un kādas tās izskatījās, " saka Beers. "Tagad mēs sākam rakstīt punktus."

Saules dinamikas observatorija / NASA

Saules brāļi un māsas

Lielākā daļa zvaigžņu arheologu meklē visuma pirmajām zvaigznēm pēdas, bet Ivan Ramirez ir ieinteresēts jaunākajā vintage. Viņš vēlas atrast ilgi zaudējušos saules brāļus un brāļus - simtus vai, iespējams, tūkstošus zvaigznes, kas sajaukušies kopā ar mūsu mājas zvaigzni, no viena mākoņa gāzes aptuveni 4, 6 miljardus gadu atpakaļ.

"Ja mēs varēsim noskaidrot vietas, kur veidojās mūsu saule un tās planētas, detalizētās īpašības, " viņš saka, "mēs varētu uzzināt, vai šiem apstākļiem ir kaut kas saistīts ar to, ka šeit dzīvo uz Zemes."

Sākumā viņš nebija kā izredzes. "Tas bija projekts, kas, visticamāk, neizdevās, " saka Ramīrez, Austruma Teksasas universitātes astronoms. Kaut arī saules dzimšanas brāļi vispirms būtu sakrājušies kopējā grupā, tie pakāpeniski sadalītos. Līdz šim brīdim Ramirez saka: "Viņi varētu būt pametuši tūkstošiem gaismas gadu prom no mums."

Viņš un viņa kolēģi nebija gaidījuši, ka viņu mērenais 2012. gada meklējums atrastu kaut ko; viņi vienkārši testēja metodes, kuras viņi galu galā izmantoja reālai meklēšanai. Tas bija labs šoks, tad, kad komanda atklāja zvaigzni ar nosaukumu HD 162826.

Pamatojoties uz zvaigznītes atrašanās vietu un kustību, viņi aprēķināja, ka tai jābūt ļoti tuvu saules miljardiem gadu atpakaļ. Un kad astronomi analizēja ķīmisko sastāvu, spēle bija nekonkurējoša. Prakses gaita jau ir izrādījusies skaņa. "Faktiskais atklājums, " saka Ramirez, "bija prēmija."

Šī turpmākā meklēšana joprojām ir darbos, un Ramirez cer, ka uzlabotās tehnoloģijas, tostarp Eiropas Kosmosa aģentūras satelīta Gaia, palīdzēs viņam atrast vēl vairāk saules brāļu māsas. "Mums vajadzētu būt iespējai atrast vismaz pusi zvaigznes, kas dzimuši ar sauli, " viņš saka.

Un, kad viņi to darīs, viņi galu galā uzzina, ko izskatījās saules ilgi zaudēto dzimšanas ģimene, un mūsu zvaigžņu, Zemes un visu, kas dzīvo šeit, izcelsmi.

Populārākas Kategorijas

Top