211service.com
Zvaigžņu arheologs
Pagājušā gada februārī Anna Frebela un viņas kolēģi paziņoja par senākās zināmās zvaigznes atklāšanu. Skaidrā naktī pat astronoms amatieris varētu apmācīt spēcīgu teleskopu, izmantojot SMSS J031300.36-670839.3, kas atrodas Piena ceļa oreolā.
SM0313 — saīsinājumam, ar kuru tas ir zināms, — ir neparasts ķīmiskais paraksts. Lai gan tas, iespējams, radās agrīnā pundurgalaktikā, kas izveidojās drīz pēc Lielā sprādziena, tai nav nekādu īpašību ar zvaigznēm, kas atrodas līdz šim atklātajās pundurgalaktikās. Šis fakts astronomus ir neizpratnē. Visticamāk, Piena Ceļš aprij pundurgalaktikas, iekļaujot to zvaigznes savā oreolā, saka Frebels, MIT Kavli Astrofizikas un kosmosa pētījumu institūta loceklis un Astrofizikas nodaļas fizikas docents.
34 gadus vecais Frebels pieder jaunai astronomu šķirnei, ko var uzskatīt par zvaigžņu arheologu. Tā vietā, lai sijātu cauri netīrumu slāņiem pagātnes civilizāciju artefaktus, viņi debesīs iegūst seno zvaigžņu gaismu. Pētot šo gaismu, viņi nosaka šo zvaigžņu ķīmisko sastāvu un apkopo to, kā izveidojās mūsu pašreizējā galaktika un periodiskās tabulas elementi. Tik primitīvas zvaigznes kā SM0313 atrašana stāstam par galaktikas, Visuma un pašas dzīves izvēršanos pievieno svarīgu nodaļu.
Dažus simtus miljonu gadu pēc Lielā sprādziena pirmās zvaigznes veidojās no gāzveida mākoņiem, kas sastāvēja no diviem vieglākajiem elementiem – ūdeņraža un hēlija, ar litija pēdām. Laika gaitā šo vieglo elementu kodoli saplūda kopā šo pirmatnējo zvaigžņu ugunīgajos kodolos, radot smagākus elementus, piemēram, oglekli, skābekli un dzelzi. Kad zvaigznes nomira, eksplodējot kā supernovas, tās izdzina šos jaunos elementus kosmosā, bagātinot gāzu mākoņus, no kuriem dzima jaunas, ķīmiski daudzveidīgākas zvaigznes. Kad tika radītas nākamās zvaigžņu paaudzes, tās kļuva arvien bagātākas ar metāliem, kā astronomi sauc visus elementus, izņemot ūdeņradi un hēliju.
Frebels saka, ka senās, metālu nabadzīgās zvaigznes, kas izmētātas starp dažiem simtiem miljardu jaunāko zvaigžņu mūsu galaktikā, vienkārši gaida, kad tiks atrastas, kā vecas pupiņu kārbas skapja aizmugurē. Viņa tos analizē ar teleskopisku stiprinājumu, kas pazīstams kā spektrogrāfs, kas sadala zvaigznes gaismu varavīksnē. Tā kā katrs elements absorbē gaismu noteiktā viļņa garumā, viņa var secināt, kuri elementi atrodas zvaigznes atmosfērā, novērojot precīzas nokrāsas, kas trūkst spektrā.
Tomēr zvaigznes vecuma noteikšana ir sarežģīta. Ļoti reti senā zvaigzne satur radioaktīvu elementu, piemēram, urānu, kas ļauj astronomiem izmantot metodi, kas ir līdzīga oglekļa datēšanai. 2007. gadā Frebels izmantoja šo metodi, lai aprēķinātu, ka zvaigzne, kas pazīstama kā HE 1523-0901, bija aptuveni 13,2 miljardus gadu veca. Viņa un viņas kolēģi ir diezgan pārliecināti, ka tas ir no vienas no pirmajām zvaigžņu paaudzēm, jo pats Visums aptuveni 13,8 miljardu gadu vecumā ir tikai nedaudz vecāks. Bet zvaigznēm bez radioaktīviem elementiem īkšķis ir tāds, ka jo mazāk elementu, jo vecāks tas ir. Tā kā pētnieki varēja iegūt tikai četru elementu pārpilnību SM0313, Frebel saka, ka tas, visticamāk, pieder otrajai paaudzei. (Viņus pārsteidza arī relatīvais oglekļa daudzums tik senā zvaigznē, kas liecina, ka elements bija kritisks ne tikai dzīvības rašanās dēļ, bet arī agrīnajā Visumā.)
Frebels ir pārliecinājis, ka tā varētu būt vecākā zināmā zvaigzne, jo šķiet, ka tai nav dzelzs. Astronomi izmantotajā metāliskuma skalā –1,0 nozīmē, ka zvaigznei ir viena desmitā daļa no mūsu saules dzelzs satura, −2,0 ir viena simtā daļa un tā tālāk. 2002. gadā astronoms Norberts Kristlībs ziņoja par zvaigznes atklāšanu, kuras metāliskums bija –5,2; pirms viņa aizstāvēja savu disertāciju 2006. gadā, Frēbela atrada zvaigzni, kas ieguva -5,4. Atklājot SM0313, kurā vispār nav nosakāma dzelzs, Frebela un viņas kolēģi uzstādīja jaunu rekordu -7,1 vai, iespējams, pat mazāk, jo varēja noteikt tikai augšējo robežu.
Anna Frebela uzrauga Magelāna teleskopus observatorijā Čīlē.
Frebela savus meklējumus sāka kā fizikas bakalaura grādu. Viņa paņēma gadu pārtraukumu no studijām savā dzimtajā Vācijā, lai veiktu astronomijas pētījumus Austrālijā, kur viņai paveras skats uz debesīm, ko spēj nodrošināt tikai dienvidu puslode. Atrodoties tur, viņa satika Kristlību, tolaik Hamburgas Universitātē, neilgi pēc tam, kad viņš bija atklājis zvaigzni –5,2. Ātri sapratu, ka Annai nav bail no nezināmas teritorijas izzināšanas un viņa nav cilvēks, kas viegli padodas, viņš atceras.
Pēc doktora grāda iegūšanas Austrālijas Nacionālajā universitātē un pēcdoktorantūras iegūšanas Teksasas Universitātē un Hārvarda-Smitsona Astrofizikas centrā Frēbels pievienojās MIT fakultātei 2012. gadā. Galvenais ieguvums bija institūta piekļuve dažiem no pasaulē jaudīgākajiem teleskopiem. Pagājušajā gadā viņa pavadīja 10 naktis, vācot datus ar dvīņu Magelāna teleskopiem Las Campanas observatorijā Čīlē. (Viņa ir starp tiem, kas piedāvā ievadi jaunā milzu Magelāna teleskopa spektrogrāfā, kuram būs sešas reizes lielāka gaismas savākšanas jauda nekā mūsdienu lielākajiem teleskopiem.)
Neskatoties uz garo ceļu uz šo attālo observatoriju Atakamas tuksnesī, viņa saka, ka viņa vienmēr jūtas atjaunota, pateicoties dimantiem raibās debesis . Visu nakti viņas acis ir pieķērušās datoram, kas ieraksta spektrālos datus. Tā kā instrumenta laiks ir tik dārgs, Frebelai ir jāsabalansē savi novērojumi, lai viņa varētu iegūt pietiekami daudz datu par visām savām mērķa zvaigznēm. Viņa skaidro, ka pundurgalaktikas ir tik blāvas, ka pietiek ar 10 stundām, lai savāktu pietiekami daudz fotonu; spilgtām halo zvaigznēm nav nepieciešama tik liela ekspozīcija. Kad laikapstākļi nesadarbojas, viņa pārbauda e-pastu vai nodarbojas ar astrofotogrāfiju, jo mākoņainās debesis rada labas bildes. Viņa analizē datus tikai pēc atgriešanās mājās.
Uzaugot mazajā Getingenes pilsētiņā, Frebels vienmēr varēja redzēt zvaigznes skaidrās naktīs — Bostonā ar oranžajām debesīm tas nebija tik vienkārši. Viņas romāns ar zvaigznēm sākās agri, taču pusaudža gados viņa nopietni apsvēra iespēju kļūt par modes dizaineri. Lai gan viņai nebija formālas apmācības, viņa izstrādāja un šuva daudzas no savām drēbēm, bieži atkārtojot viņai tīkamus greznus tērpus vai sapņojot par savu. Galu galā astronomija uzvarēja, jo, viņa saka, man tā patika vairāk. Es varētu modi paturēt kā hobiju. Tagad tā vietā, lai strādātu ar prātu un rokām, lai no jauna izveidotu kleitas modeli, viņa iedomājas, kā varētu būt izskatījies agrīnais Visums, un apkopo datus, lai pārbaudītu savu ideju. Es domāju, ka mana drēbju veidošana man nodrošināja apmācības rīku, lai izstrādātu idejas un pēc tam tās stingri īstenotu, viņa saka.
Frebels vēlas dalīties šajās idejās ar sabiedrību; Princeton University Press plāno izdot viņas vācu populārzinātnisko grāmatu, Vecāko zvaigžņu meklēšana , tulkojumā. Un viņa ar prieku strādā ar visu veidu astronomiem. Vēl nesen teorētiķi un novērotāji pirmo zvaigžņu jomā lielākoties ir strādājuši bez liela kontakta, saka Volkers Broms, Teksasas universitātes astronomijas profesors un līdzstrādnieks kopš Frebela pēcdoktorantūras laikiem. Anna ir unikāla novērotāju vidū ar vēlmi sadarboties ar teorētiķiem, iegult savus novērojumus liela attēla teorētiskajā kontekstā un virzīt viņus uz atbilstošām empīriskām prognozēm.
Zvaigžņu arheologu novērojumi noteikti satricina teorētiskos pieņēmumus, piemēram, priekšstatu, ka visas agrīnās zvaigznes uzsprāga masīvos sprādzienos, kas izsvieda smagus elementus, piemēram, dzelzi. Frebela un viņas kolēģi uzskata, ka SM0313 priekštecis noteikti ir izdzisis kā klusināta supernova. Tikai zemas enerģijas sprādziens radītu vieglākus elementus, piemēram, oglekli, bet nespētu izvadīt smagākus elementus, piemēram, dzelzi, kas izgatavota sākotnējā zvaigznes kodolā. Astronomi meklē duci citas otrās paaudzes zvaigznes, lai atbalstītu šo jauno ideju.
Maijā Frebela un viņas komanda publicēja savu atklājumu par līdz šim vismazāk ķīmiski attīstīto galaktiku — Segue 1, kas atrodas 75 000 gaismas gadu attālumā no Zemes. Ar aptuveni tūkstoš zvaigžņu, kurās visās ir nabadzīgi metāli, šī niecīgā galaktika var sniegt mums skaidrāku ieskatu agrīnā Visuma apstākļos. Taču turpmākai tās blāvo un tālo zvaigžņu izpētei būs nepieciešams zināms darbs.
Tomēr mūsu teleskopi kļūst tikai labāki. Izredzes atrast senos cilvēkus gan tuvu, gan tālu un atklāt viņu noslēpumus, šķiet, ir par labu Frēbelam.
Redaktori atzīmē: sākotnēji tika ziņots, ka zvaigzne, kas pazīstama ar nosaukumu SM0313, kuru Anna Frebela un kolēģi atklāja Piena Ceļa oreolā, atbalsta teoriju, ka mūsu galaktika ir augusi, mielojoties ar saviem kaimiņiem. Lai gan citi pierādījumi liecina, ka Piena Ceļš tieši to dara, SM0313 neparastais ķīmiskais signāls atšķiras no līdz šim atklātajām zvaigznēm tuvējās pundurgalaktikās, tāpēc šī zvaigzne nav piemērota Piena ceļa evolūcijas izpētei.