Hány éves a Tejútrendszer?

A kutatók kettő, az NGC 6397 gömbhalmazban található csillag berillium-tartalmának vizsgálatával határozták meg galaxisunk korát. A számítások szerint az NGC 6397 legidősebb csillagjai 13, 4 +/ – 0, 8 milliárd évesek, amely alapján úgy vélik, a Tejútrendszer 13, 6 +/ – 0, 8 milliárd éves lehet. Az eddigi legpontosabb becslés az univerzum korára, amelyet a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás alapján végeztek, 13, 7 milliárd év. Az új kutatások tehát azt sugallják, hogy galaxisunk első csillagjai az Ősrobbanást követő, körülbelül 200 millió éven keresztül tartó ún. sötét korszak végén már kialakultak.

Milyen idősek a csillagok?

A modern asztrofizika képes megmérni bizonyos csillagok korát, azaz az égitestnek a csillagközi gáz- és porfelhőből való születése óta eltelt időt. Csillagászati mércével egyes csillagok nagyon fiatalok, alig néhány millió évesek. Ilyenek például a szomszédos Orion-köd csillagjai. Napunk és bolygórendszere 4, 56 milliárd évvel ezelőtt keletkezett.

Galaxisunk számos csillaga azonban jóval idősebb. A Tejútrendszer legidősebb csillagjainak egy része gömbhalmazokba rendeződött. A galaxisok peremén elhelyezkedő gömbhalmazok több ezer, esetleg több százezer, idős csillagot tartalmazó gömb alakú halmazok, melyek csillagai annyira közel vannak egymáshoz, hogy a tömegvonzás nem engedi szétszóródni őket.

Az egy gömbhalmazba tartozó csillagok egyidőben, ugyanabból a csillagközi felhőből születtek. Mivel a különböző tömegű csillagok fejlődése eltérő, viszonylag pontosan meghatározható egyes gömbhalmazok kora. Galaxisunk legidősebb gömbhalmazai több mint 13 milliárd évesek. Az NGC 6397 galaxisunk egyik legközelebbi gömbhalmaza.

A gömbhalmazok azonban nem az első objektumok voltak a Tejútrendszerben. Ezt onnan tudjuk, hogy bizonyos kémiai elemekből csupán kis mennyiséget tartalmaznak. Ezek az elemek korábbi, nagy tömegű, rövid, de intenzív életű csillagokból származnak, amelyek szupernova-robbanás formájában fejezték be pályájukat.

E rövid életű csillagok anyaga szétszóródott a csillagközi felhőkben, amelyekből később a következő generációs csillagok alakultak ki. Az intenzív kutatások ellenére első generációs csillagot egyelőre nem találtak galaxisunkban. Amit biztosan állíthatunk, hogy galaxisunk öregebb a legidősebb ismert gömbhalmazoknál.

Mennyivel öregebb galaxisunk, mint a legidősebb gömbhalmazok?

Ehhez az asztrofizikusoknak azt kell megmérniük, hogy mennyi idő telt el az első, rövid időn belül szupernóva-robbanásban megsemmisült csillagok keletkezése és a legidősebb gömbhalmazok keletkezése között.

Az Európai Déli Obszervatórium mostani, a berillium nevű kémiai elemre irányuló kutatásai áttörést hoztak e téren.

A berillium az egyik legkönnyebb elem: a leggyakrabban előforduló stabil izotópja, a berillium-9 négy protont és öt neutront tartalmaz. Csak a hidrogén, a hélium és a lítium könnyebb nála. Ám míg ez utóbbi három az Ősrobbanás során keletkezett, a legtöbb nehezebb elem pedig már később a csillagok belsejében jött létre, a berillium-9 izotóp csak „kozmikus hasadással”, jellemzően szupernóva-robbanással keletkezhetett.

A berillium a kozmosz minden részébe eljutott, és az idő múlásával mennyisége folyamatosan növekedett: minél több idő telt el az első csillagok szupernóva-robbanása és az első gömbhalmazok keletkezése között annál több berillium volt a csillagközi anyagban. Így, feltételezve, hogy a berillium megőrződik a csillag légkörében, minél több berilliumot találni egy gömbhalmaz csillagjainak légkörében, annál több idő telt el az első csillagok és gömbhalmaz keletkezése között. A berillium tehát egy kozmikus óraként segíthet eligazodni a galaxisunk születését követő első időszakban.

Technikai nehézségek

Az egyik vizsgált csillag

A csillagászoknak nem maradt más hátra, minthogy megmérjék néhány gömbhalmaz csillagjainak berillium-tartalmát. Ez azonban egyáltalán nem olyan könnyű, mint ahogy hangzik!

A legfőbb probléma, hogy néhány millió fokon a berillium megsemmisül. Olyan nagytömegű csillagok esetében, amelyek nem csöndes halállal fejezik be életüket, többek között óriási mennyiségű forró gázt bocsátanak ki, a csillag légkörében a berillium megsemmisül.

Ezért a csillagászoknak kisebb tömegű, szelídebben haldokló csillagokat tartalmazó gömbhalmazokat kell vizsgálniuk.

Emiatt bőven akadt technikai nehézség: nem elég, hogy meglehetősen távoli gömbhalmazokat kell a kutatóknak megfigyelniük, bennük különösen halvány csillagokat kell keresniük. Gond az is, hogy minél öregebb a csillag, – a fentiek értelmében -, annál kisebb a berillium-tartalma, így a színképben kimutatása is egyre nehezebb.

Az elméletben oly egyszerűnek tűnő, gyakorlatban viszont meglehetősen bonyolult eljárást az Európai Déli Obszervatóriumban, az ultraibolya fényre különösen érzékeny Very Large Teleszkóp esetében alkalmazták először.

A másik vizsgált csillag

Az obszervatórium kutatói olasz csillagászokkal egyetemben a 7.200 fényévre, az Ara déli csillagképben lévő NGC 6397 gömbhalmazból két csillag berillium-tartalmát mérték. A színképek alapján a kutatók úgy vélik, hogy a csekély mennyiségű berillium a csillag születése előtt 200-300 millió év alatt gyűlhetett fel „bölcsőjében”.

A gömbhalmaz kora alapján a kutatók már a Tejútrendszer korára is tudtak becslést készíteni: úgy vélik galaxisunk 13, 6 +/ – 0, 8 milliárd éves. Az adat egybevág az univerzum korára adott eddigi legpontosabb, 13, 7 milliárd éves becsléssel. A Tejútrendszer csillagjai tehát nagy valószínűséggel az Ősrobbanást követő 200 millió évig tartó sötét korszak végén kezdtek el kialakulni.