最古の宇宙への窓
天文学者は、宇宙の最初の恒星世代の直後に形成された例外的に珍しい第2世代星を発見しました。その化学組成は、これらの古い星がすべての後続の化学を可能にした重い元素で宇宙を豊かにした方法についての直接的な証拠を提供します。研究者はこの発見を、私たちが可能だと考えていたことの限界にあると説明しており、それはその稀有さと、それを識別するために必要な検出精度の両方を反映しています。
この星は極度に鉄が枯渇している - 宇宙の最古の時代にその形成を位置付ける化学的な指紋であり、その時には鉄のような重い元素がほとんど蓄積を開始していません。鉄欠乏は重要な診断基準です。鉄は主に恒星の内部で鍛造され、超新星爆発によって分散されます。多くのそのような爆発が発生する前に形成された星は、非常に少量の鉄を含みます。第1世代の単一の前駆体を通じて処理された物質から形成された星は、ほぼ考えられないほど珍しいものです。
最初の星とそれが残したもの
宇宙の最初の星は、Population III星として知られており、Big Bang後約1億～4億年で、当時存在していた唯一の元素である水素とヘリウムの雲から形成されたと考えられています。これらの星は可能性が高く非常に大きく、速い速度で燃料を消費して、新しく合成された元素を周囲のガスに散乱させた壮大な超新星で終わりました。
散乱された物質はその後のガス雲に混合され、Population II星（第2世代）の発生につながりました。これらは前任者によって生成された金属を組み込みました。天文学では「金属」という用語はヘリウムより重い任意の元素を指し、これらのより重い元素のわずかな量さえも恒星形成の物理を根本的に変化させ、ガスがより効率的に冷却できるようにし、異なるタイプの恒星個体群を形成できます。
単一のPopulation III超新星で濃縮されたガスから形成された星を見つけることは、天文学者がその特定の前駆体の核合成パターンを読み出すことを可能にします。これは宇宙の最初の星がどのようなものであったかについての直接測定に最も近いものです。
その発見方法
この発見は、宇宙考古学者として説明される研究者チームによってなされました。彼らは、非常に古い星の化学組成を研究して、初期の宇宙の歴史を再構成する天文学者です。恒星考古測定法または近傍宇宙論として知られている技術は、高分解能分光法を使用して、恒星の大気中の数十の元素の存在度を測定します。
鉄が欠乏した星を見つけるには、広範な天空調査が必要であり、その後大型望遠鏡での分光学的追跡観測が続きます。ほとんどの古い星は、恒星世代の累積された歴史から少なくともある程度の鉄の濃縮を持っており、本当に鉄が乏しい星は針の海での検出となります。新しい発見には、数百万の恒星スペクトルのデータベースを検索して正しい化学特性を持つ候補を特定してから、高分解能分光観測で確認する必要がありました。
化学が明らかにするもの
新たに発見された星で測定された化学存在度は、その Population III前駆体についての物語を語ります。鉄に対する炭素、窒素、酸素、マグネシウム、および他の軽い元素のパターンは、最初の星の質量、その超新星爆発のエネルギー、および第2世代星が形成される前に爆発産物と周囲ガスの混合についての情報をコード化します。
Population III超新星の天体物理学的モデルは、前駆体の質量と爆発エネルギーに応じて特定の存在度パターンを予測します。観測された存在度をこれらの理論的予測と比較することにより、研究者は、この特定の第2世代生存者に種子を付けた死亡を引き起こした特定の最初の星の可能性の高い特性を絞り込むことができます。
この結果は、単一のPopulation III超新星イベントから形成されたと信じられている星の小さいが成長しているカタログに新しいデータポイントを追加します。新しい発見があるたびに、最初の恒星世代の質量分布と爆発エネルギー学に対する統計的制約がより厳しくなります。これらの特性は理論的に不確定で観測的に稀なままです。
宇宙論への意義
Population III星を理解することは、歴史的な好奇心を超えて重要です。最初の星の特性は、初期の時代における宇宙の進化方法を形作りました。どれだけ急速に再イオン化されたか、金属が最初の銀河全体に分散された方法、および恒星と惑星の後続の世代がどのように形成されたかです。これらの質問は、Big Bangの物理を、最終的に岩の惑星と生命の化学を可能にした条件に結び付けます。
James Webb Space Telescopeの継続中のプログラムと将来の極度に大きな望遠鏡を含む次世代の観測台は、このフィールドをさらに推し進めることが期待されています。これは、Milky Way の光背での古い金属が乏しい星をより多く発見することと、最も遠く観測されたことのある銀河でPopulation III星の署名を潜在的に検出することの両方によってです。
この記事はSpace.comからのレポートに基づいています。 オリジナル記事を読む.
Originally published on space.com
