대마젤란운. 신용:위키미디어 공용 130억여 년 전, 행성이 생기기 전, 심지어 행성을 구성하는 대부분의 무거운 원소가 생기기도 전에 우주에서 최초의 별이 점화되었습니다. 그것들은 거대하고 타오르는 수소와 헬륨 구체였습니다. 빅뱅 핵합성이라 불리는 기간 동안 빅뱅이 일어난 지 불과 몇 분 후의 원료였습니다. 이 별의 거인들이 격변적인 초신성(놀라울 정도로 밝고 강력한 폭발)으로 사망했을 때 그들은 탄소, 철, 그리고 기본적으로 우리가 알고 있는 모든 것의 구성 요소인 최초의 무거운 원소를 우주에 심었습니다.
이제 천문학자들은 우리가 원시 별 중 하나를 목격한 것만큼 가까운 별을 발견했습니다. SDSS J0715-7334로 알려진 이 은하는 우리 은하계를 공전하는 위성 은하인 대마젤란운에 있습니다. 중원소는 거의 전혀 포함되어 있지 않습니다. 약 0.8ppm, 즉 태양보다 약 20,000배 적습니다.
발견자들의 말에 따르면 이 물질은 “우주에 알려진 모든 물체 중 가장 원시적인 구성”입니다. 시카고 대학의 Alexander Ji와 동료들이 사전 인쇄에서 보고한 결과입니다. , 우주의 첫 번째 세대의 별이 탄생한 조건과 다음 세대의 별이 어떻게 탄생했는지 직접 엿볼 수 있습니다.
태양보다 20,000배 더 순수
Ji와 그의 팀은 Sloan Digital Sky Survey(SDSS-V)의 관측 자료를 조사하던 중 스펙트럼에 금속이 없는 희미한 별이라는 이상 현상을 발견했습니다. 그 힌트는 천문학자들을 칠레의 마젤란 망원경으로 보냈고 그곳에서 고해상도 후속 조사를 통해 그들의 의심이 확인되었습니다.
철 함량은 태양의 10,000%에 불과하며, 헬륨보다 무거운 다른 모든 원소도 똑같이 부족합니다. 간단히 말해서, 이는 SDSS J0715-7334가 우주의 원래 수소와 헬륨만큼 순수한 가스에서 태어났다는 것을 의미하며, 나중에 금속과 먼지로 공간을 채웠던 폭발하는 별의 세대에 거의 닿지 않았습니다.
더욱 놀랍게도 별에는 사실상 탄소가 전혀 포함되어 있지 않습니다. 저자들은 “J0715-7334는 알려진 어떤 별보다도 탄소 함량이 가장 낮다”고 적었습니다. 이는 이 고대 적색 거성이 천문학자들이 일반적으로 "원래 그대로의" 별에서 볼 수 있는 주요 성분 중 하나를 놓치고 있음을 의미합니다.
이번 연구에 참여하지 않은 케임브리지 대학교의 앙케 아던-아렌센(Anke Ardern-Arentsen)은 New Scientist와의 인터뷰에서 "매우 멋진 발견입니다."라고 말했습니다. . "그러나 특히 흥미로운 점은 우리가 알고 있는 대부분의 [거의] 깨끗한 별은 탄소를 많이 가지고 있는 반면, 이 별은 그렇지 않다는 것입니다."
여기에 문제가 있습니다. SDSS J0715-7334와 같은 작은 별을 형성하려면 가스가 중력에 의해 붕괴될 만큼 충분히 냉각되어야 합니다. 탄소 원자는 일반적으로 열을 방출하여 도움을 줍니다. 하지만 탄소가 너무 적기 때문에 다른 무언가가 그 자리를 대신했을 것입니다.
Ji와 동료들에 따르면, 유력한 원인은 먼지입니다. “저질량 별 형성에 대한 현재 모델은 먼지 냉각이 형성 당시 이미 작동할 수 있었던 경우에만 SDSS J0715-7334의 존재를 설명할 수 있습니다.”라고 팀은 보고합니다.
잃어버린 탄소의 미스터리
우리은하의 거의 원시 사촌격인 별에는 탄소가 없는데 왜 이 별에는 탄소가 부족합니까? 천문학자들은 그 답이 그것이 형성된 환경에 있을 수 있다고 의심합니다.
"질문이 생깁니다. 우주의 다양한 장소에 있는 다양한 환경이 초기에 가스를 다르게 식힐까요?" MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 천체 물리학자인 Anna Frebel이 에게 물었습니다. 새로운 과학자 . "왜 냉각 방식이 다른지 질문할 수 있지만 그에 대한 좋은 답은 없는 것 같습니다."
Ji의 팀은 대마젤란운의 조건이 다른 종류의 초기 냉각 과정을 지배하게 했을 수도 있다고 제안합니다. 시뮬레이션에서 SDSS J0715-7334는 먼지 냉각이 이미 활성화된 경우에만 형성되었을 수 있으며, 아마도 태양 질량 30배에 달하는 인구 III 별에서 나온 초신성이라는 강력한 폭발의 잔재에 의해 뿌려졌을 가능성이 있습니다.
은하계 여행자
SDSS J0715-7334의 속도와 위치를 사용하여 Ji의 팀은 별의 궤도를 재구성했습니다. 그것은 대마젤란 구름이나 근처에서 점화되어 나중에 은하수의 후광 속으로 표류했을 가능성이 높습니다. "J0715-7334는 따라서 LMC 또는 그 근처에서 태어나 최근 은하수에 포착된 은하계 이민자입니다."라고 연구자들은 지적합니다.
이는 이 별이 우리 은하계 너머에서 온 것으로 알려진 최초의 별 형성 “화석” 중 하나가 되는 이유입니다. 이 발견은 초기 우주가 다양한 별 형성 환경을 조성했을 수 있음을 시사합니다. 일부는 이와 같은 탄소가 적은 별을 만들 수 있었습니다.
이는 또한 오랫동안 은하수의 보잘것없는 동반자로 여겨졌던 마젤란운이 여전히 우주 진화의 초기 단계에 대한 비밀을 품고 있을지도 모른다는 암시를 줍니다.
우주의 첫 번째 별인 인구 III 별은 직접적으로 관찰된 적이 없습니다. 그들은 밝게 타오르고 어려서 죽었고, 뒤따르는 별들에 흔적만 남겼습니다. 그러나 SDSS J0715-7334를 통해 천문학자들은 지금까지 가장 설득력 있는 후손 중 하나를 발견했습니다.
Ji의 팀은 별의 화학적 패턴을 모델링하여 대략 5 × 10⁵1 에르그의 에너지로 폭발한 Population III 초신성과 가장 잘 일치한다는 것을 발견했습니다. 이는 일반적인 항성 폭발보다 몇 배 더 강력하며, 초기 우주의 광대한 지역에 농축된 잔해를 흩뿌릴 수 있을 만큼 강력합니다.
심지어 제임스 웹 우주 망원경조차도 화학적으로 이렇게 원시적인 은하를 아직 발견하지 못했습니다. JWST가 관찰한 가장 금속이 부족한 은하들은 금속 함량이 약 10배 더 높습니다. 연구에서는 “고적색편이 은하가 실제로 금속이 없는 별들로 이루어진 원시 은하라는 것을 증명하려면 훨씬 더 깊은 관찰이 필요할 것입니다.”라고 연구에 기록했습니다.
즉, SDSS J0715-7334는 우주를 빛낸 최초의 불꽃에 대한 가장 가까운 유형의 증거를 나타낼 수 있습니다.
Ji가 그의 팀의 결론에서 말했듯이 "인구 III 별에 대한 검색은 계속됩니다." 그러나 은하계 사이를 표류하는 희미한 고대 적색 거성에서 천문학자들은 그러한 천체의 거의 완벽한 메아리를 발견했습니다.
