Un cluster stelar sferic are surprinzător de puține elemente grele

Un pâlc ciudat, recent măsurat, de stele care orbitează în jurul galaxiei Andromeda din apropiere are cel mai scăzut nivel de elemente chimice grele văzut vreodată într-unul dintre aceste clustere de stele misterioase. Numit RBC EXT8, acest cluster globular este, de asemenea, surprinzător de masiv, provocând teorii despre modul în care se formează astfel de clustere și unele galaxii, raportează astronomii online, 15 octombrie, în Ştiinţă.

„Este un obiect foarte neobișnuit”, spune astrofizicianul Oleg Gnedin de la Universitatea Michigan din Ann Arbor, care nu a fost implicat în noua descoperire.

Grupurile globulare sunt colecții aglomerate, sferice, de stele care orbitează în jurul centrului unei galaxii, deși majoritatea, inclusiv RBC EXT8, trăiesc în periferia galactică. Clusterele au de obicei miliarde de ani, așa că stelele lor tind să fie curate din punct de vedere chimic, ceea ce înseamnă că s-au format înainte ca universul să aibă timp să creeze o mare parte din elementele mai grele decât hidrogenul sau heliul, pe care astronomii le adună împreună ca „metale”.

Observațiile anterioare ale acestor clustere din Calea Lactee și din alte galaxii sugerau că există o limită a cât de scăzut poate fi conținutul de metal al unui cluster globular. Cele mai sărace grupuri de metale erau de aproximativ 300 de ori mai puțin bogate în elemente grele precum fierul decât soarele, dar nu mai puțin.

Dar spectrele RBC EXT8, aflate la aproximativ 2,5 milioane de ani lumină distanță, arată că conținutul de metal al clusterului este de aproximativ 800 de ori mai mic decât cel al soarelui. Clusterul globular care a deținut recordul anterior pentru cea mai scăzută „metalicitate” are de trei ori această cantitate.

„A fost complet neașteptat că vom găsi un cluster globular care este atât de sărac în metal”, spune astronomul Søren Larsen de la Universitatea Radboud din Nijmegen, Țările de Jos.

RBC EXT8
Pata mai mare și neclară din imaginea din partea stângă este RBC EXT8, un cluster globular care orbitează la aproximativ 88.000 de ani lumină de centrul galaxiei Andromeda (prezentat în dreapta). Clusterul are surprinzător de puține elemente grele pentru dimensiunea sa, arată un nou studiu.© 2020 ESASky, CFHT

În plus, având în vedere statutul său sărac în metale, acest cluster este surprinzător de masiv, cântărind de aproximativ 1,14 milioane de ori masa Soarelui. (Un cluster globular de greutate medie are aproximativ 100.000 de mase solare, dar unele clustere ating 3 milioane de mase solare. RBC EXT8 este greu, dar nu cel mai greu.)

Această masă face clusterul și mai greu de explicat, deoarece în cosmos, cu cât o galaxie sau un cluster este mai masivă, cu atât are în mod normal mai multe elemente grele.

Există mai multe explicații potențiale pentru această tendință, dar una este pur și simplu că galaxiile mai masive sau clusterele globulare au mai multe stele. O stea fuzionează elemente grele în miezul său și le presără în jurul clusterului sau galaxiei sale gazdă pe măsură ce îmbătrânește. Stele suficient de masive pot exploda într-o supernova, răspândind acele metale pentru a deveni parte din următoarea generație de stele (SN: 8/9/19). Deci, mai multe stele înseamnă mai multe șanse ca metalele să se acumuleze la nivel local.

Obiectele mai masive au, de asemenea, avantajul gravitației, care le permite să se țină mai bine de metalele pe care le au și să rămână un grup coeziv pentru miliarde de ani. Grupurile globulare mai puțin masive se dizolvă în galaxiile lor gazdă în timp.

Aceste tendințe împreună ar fi putut explica „podeaua de metalicitate” aparentă pentru clusterele globulare – toate clusterele mai puțin masive și mai sărace în metal s-au rupt de-a lungul eonilor.

RBC EXT8 întoarce acea înțelepciune convențională pe cap. „Este prea mare pentru a avea o metalitate la fel de scăzută,” spune Gnedin. „Asta e enigma.”

Astronomii nu sunt siguri cum se formează clusterele globulare în general, dar probabil cresc în interiorul galaxiilor, mai degrabă decât să se formeze în afara lor și să fie atrași mai târziu. Și astfel clusterele reflectă caracteristicile galaxiilor lor: galaxiile mici, sărace în metale ajung cu mici clustere globulare sărace în metal și invers. Dar, pe baza conținutului de metal al RBC EXT8, locul său de naștere galactic ar fi mai puțin de un milion de mase solare, deci mai mic decât clusterul globular însuși – ceea ce este un paradox.

Ca rezultat, clusterul provoacă unele modele simplificate de formare a galaxiilor. Dar nu le rupe complet, spune Gnedin. „Este un singur obiect, nu va răsturna lucrurile”, spune el. „Doar că noi, cei care lucrează la aceste probleme, trebuie să muncim mai mult” și să fim mai deschiși la minte cu privire la alte moduri în care se pot forma galaxiile.

Deschiderea minții și dorința de a explora sunt probabil responsabile pentru noua descoperire despre metalele RBC EXT8. Larsen și colegii săi au observat clusterul globular la începutul unei nopți de observare cu telescopul Keck din Hawaii, în octombrie 2019. „A fost într-adevăr o descoperire întâmplătoare”, spune el. Avea o oră liberă înainte ca clusterele globulare din galaxia M33 pe care echipa sa plănuia să le privească să se ridice deasupra orizontului, așa că observatorii au ales un alt cluster „mai mult sau mai puțin la întâmplare” pentru a umple timpul.

„La început, nu îmi venea să cred cu adevărat ceea ce iese [in the observations] avea dreptate”, spune Larsen. „Dar am continuat să lucrez la asta și s-a dovedit a rezista.”