Ранее мы познакомились со звездой Фомальгаут, которой всего около 200 миллионов лет. "Младенец" по космическим меркам. Настало время познакомиться с полной противоположностью молодости – древнейшая звезда Каффау, которая перевернула представление ученых о вселенной.

Как же удалось старой звезде изменить устоявшуюся модель космоса? Возраст вселенной – 13,75 миллиардов лет, а возраст звезды – почти 13 миллиардов лет! До открытия Каффау ученые полагали, что возраст звезды не может превышать 11 миллиардов лет, так как в первое время во вселенной отсутствовали условия для возникновения светил. Однако ученые ошибались.

Каффау, известная еще как SDSS J102915+172927, является тусклым красным карликом с металличностью менее 0,000007%. Основной состав звезды – 75% водорода и 25% гелия, что делает ее крайне легкой. Если бы мы набрали целый самосвал звездного вещества, то вся собранная масса не превышала бы 0,001 грамма.

Пока что это все данные, что имеются у ученых, но Каффау вызвала неподдельный интерес. Теперь многие наземные и космические обсерватории устремили свои объективы и датчики к созвездию Льва, где она расположилась.

Неизвестная Звезда в созвездии Льва, по массе сопоставимая с нашим Светилом, оказалась одной из самых бедных химическими элементами тяжелее гелия. С точки зрения современной астрономии, таких звезд просто быть не может. 13 миллиардов лет назад, сразу после так называемого «Большого взрыва», не могли появиться звезды малой массы. Между тем астрономы отыскали в созвездии Льва звезду, которая одновременно является «возрастной» и маломассивной.

Так называемые «первейшие» звезды наделены довольно низкой металличностью. Подобные звезды образовались на самом раннем этапе эволюции Вселенной, в момент пока термоядерные реакции и взрывы сверхновых еще не успели «засеять» ее элементами тяжелее гелия.

Принято считать, что в ту далекую эпоху 75 процентов вещества Вселенной составлял водород, 25 процентов – гелий, а также в его состав входило очень незначительное количество лития. Более металличные звезды стали продуктами термоядерных реакций и взрывов сверхновых. А маломассивные звезды во Вселенной начали появляться лишь после того, как тяжелые химические элементы охладили облака межзвездного вещества до такого состояния, когда гравитация в них начинала превышать давление горячего газа, и облако как бы коллапсировало в звезду.

Сразу после своего рождения в момент Большого взрыва ранняя Вселенная содержала огромное количество водорода, в несколько раз меньшее количество гелия и ничтожно мало лития. Таким же был химический состав первых во Вселенной звезд, в недрах которых проходили термоядерные реакции, приведшие к синтезу более тяжелых элементов. Эти «тяжелые» элементы были распространены по Вселенной взрывами сверхновых, и следующее поколение звезд образовалось во многом из материала, выброшенного сверхновыми. Поэтому звезды следующего поколения имеют более высокие уровни тяжелых элементов, чем у «перворожденных» звезд.

Таким образом, количественно измерив содержание химических элементов тяжелее гелия в конкретной звезде, мы с хорошей точностью сможем определить ее возраст.

Современная теория звездообразования говорит о том, что первые звезды во Вселенной были достаточно массивными, так как протозвездные облака водорода и гелия просто не могли сжаться до небольших размеров. А вот более тяжелые элементы, такие как, например, углерод и кислород, могут обеспечить способ охлаждения протозвездных облаков, поэтому они являются неотъемлемым признаком формирования звезды низкой массы.

Исключением из правил, по-видимому, суждено стать слабой звезде из созвездия Льва SDSS J102915+172927.

Несмотря на свой крайне бедный с точки зрения разнообразия химический состав, эта звезда имеет массу всего 0,8 массы Солнца.

Моделирование и анализ спектральных наблюдений звезды показали, что это типичная звезда низкой массы, в которой отсутствуют углерод, азот и кислород. При этом в SDSS J102915+172927 отсутствует литий. По-видимому, вещество, из которого образовалась данная звезда, за свою историю должно было достичь температуры, превышающей 2 миллиона кельвинов, чтобы литий разрушился.

Впрочем, может так оказаться, что данная звезда не является уникальной.

Aнaлиз нoвыx дaнныx oт Gaia пoкaзaл, чтo звeздa Kaффaу (SDSS J102915+172927), cчитaющaяcя oднoй из cтapeйшиx в Mлeчнoм Пути, oтнocитcя к кapликoвoму типу. Этo cлaбый oбъeкт c вoзpacтoм в 1З млpд. лeт, пpoживaющий нa тeppитopии Львa.

B 2011 гoду учёные выяcнили, чтo звeздa пpaктичecки пoлнocтью cocтoит из вoдopoдa и гeлия, a тaкжe oтличaeтcя кpaйнe низким coдepжaниeм бoлee тяжeлыx элeмeнтoв. Этoт xимичecкий cocтaв удивил учeныx, пoтoму чтo мaлaя мacca (0.8 coлнeчнoй) и низкий уpoвeнь мeтaллoв (в 20000 paз мeньшe, чeм у Coлнцa) гoвopили o тoм, чтo oбъeкт вooбщe нe дoлжeн cущecтвoвaть.

Звeзду дoлгo иccлeдoвaли, нo мнoгиe ee cвoйcтвa ocтaвaлиcь зaгaдoчными. Oдин из cцeнapиeв пpeдпoлaгaл, чтo этo кapлик, oтдaлeнный нa 4400 cвeтoвыx лeт, a дpугoй нacтaивaл, чтo пepeд нaми cубгигaнт, пpoживaющий нa диcтaнции в 20200 cвeтoвыx лeт. Hoвыe cвeдeния oт Gaia пpeдocтaвили вaжную инфopмaцию для xapaктepиcтики oбъeктa. Teпepь тoчнaя диcтaнция cocтaвляeт 1.З7+0.15-012 килoпapceк. Taкжe aнaлиз иcключил вapиaнт c cубгигaнтoм и пoдтвepдил кapликoвую пpиpoду. K тoму жe, тaкжe вычepкнули пpeдпoлoжeниe, чтo звeздa пoявилacь из cpeды, пpeимущecтвeннo oбoгaщeннoй cвepxнoвoй Ia-типa.

Несмотря на то, что эта звезда была предметом многих исследований, большинство ее свойств оставались неопределенными, в том числе точная классификация и расстояние до нее. В частности, до сих пор астрономы спорят, является ли звезда Каффау карликом, удаленным от Земли на 4400 световых лет, или же она субгигант на расстоянии 20200 световых лет.

Новый каталог данных спутника «Gaia» предоставил важную информацию, которая помогла исследователям из Парижской обсерватории (Франция) установить, какая из двух предложенных гипотез верна. Набор данных DR2, выпущенный 25 апреля 2018 года, содержит высокоточные измерения для более чем миллиарда объектов в нашей Галактике, включая их расположение, параллакс и движение по небу.

«Широко распространенная теория предсказывает, что такие легкие звезды с крайне низким содержанием металлов не могут существовать, потому что протозвездные облака из вещества, необходимого для образования таких звезд, не могут сконденсироваться,» – говорит Элизабет Каффау (Elisabetta Caffau) из Астрономического Центра Гейдельбергского Университета в Германии и Парижской обсерватории. «Было большой неожиданностью впервые обнаружить такую звезду в запрещенной зоне. Это означает, что нам, возможно, придется пересмотреть некоторые модели звездообразования».

Космологи считают, что наиболее легкие химические элементы – водород и гелий – образовались вскоре после Большого Взрыва вместе с некоторым количеством лития, а почти все остальные элементы образовались позже внутри звезд. Взрывы Сверхновых распространяли звездное вещество в межзвездном пространстве, обогащая межзвездную среду металлами. Новые звезды формируются из этого обогащенного вещества, поэтому в их составе содержание металлов выше, чем в более старых звездах. Следовательно, процентное содержание металлов в звезде должно говорить нам о ее возрасте.

Расположенная в созвездии Льва звезда SDSS J102915+172927 по своей массе сопоставима с Солнцем. О ней пока известно немного: она появилась в первом поколении звезд вскоре после Большого взрыва, т.е. около 13 млрд лет назад, и сформировалась относительно быстро после того, как самые первые звезды погибли при взрывах сверхновых. Но что больше всего взволновало астрофизиков – SDSS J102915 +172927 оказалась крайне бедна химическими элементами тяжелее гелия, что с точки зрения современной астрономии попросту невозможно.

После Большого взрыва, давшего начало нашей Вселенной, космическое пространство было заполнено водородом и гелием, а также небольшим количеством лития. Более тяжелые элементы (в астрономии их называют «металлами») образовались как продукты ядерного синтеза в ядрах первых звезд. Звезды-прародители просуществовали недолго: они погибли во взрывах сверхновых, рассеяв по всей Вселенной углерод, кислород и азот, которые вошли в состав звезд-современников.

Наблюдение за звездами небольшой величины и современные методы моделирования позволили астрофизикам определить минимальные уровни содержания базовых химических элементов, которые позволяют звезде набрать необходимую массу и собраться в единое тело под воздействием гравитации. Однако состав звезды, обнаруженной на периферии галактики Млечного Пути, оказался гораздо беднее установленного порога.

Поиск подобных звезд – непростая задача, поскольку они, как правило, находятся весьма далеко, а их свет слишком неяркий, чтобы их можно было легко обнаружить. Тем не менее, компьютерное сканирование позволило отобрать из сотен тысяч возможных кандидатов двадцать небесных тел, среди которых Большой телескоп Европейской южной обсерватории в Чили и отыскал звезду.

Оправившись от первого потрясения, исследователи заподозрили, что SDSS J102915 +172927 не уникальна, и теперь надеются найти современников этого небесного тела. По мнению астрономов, изучение звезд с аналогичными аномальными характеристиками позволит существенно продвинуться в вопросах звездообразования.