パラナル天文台（チリ）にあるESOの超大型望遠鏡でUVES分光計を使用した国際的な天文学者チームによる観測は、天の川銀河の最も初期の時代に新しい光を投げかけました。
球状星団（NGC 6397）内の2つの星のベリリウム含有量の初めての測定（現在の天文学の技術を限界に近づける）により、天の川の最初の世代の星の形成の初期段階を研究することが可能になりましたこの星のクラスターのやり方とそれ。この時間間隔は、2億から3億年になることが判明しました。
恒星進化モデルによって決定されたNGC 6397の星の年齢は13,400ですか？ 8億年。 2つの時間間隔を追加すると、天の川の年齢が13,600になります。 8億年。
たとえば宇宙マイクロ波背景の測定から推定されるように、現在の宇宙の年齢の最良の推定は13,700百万年です。新しい観測結果は、このようにして、ビッグバンに続く約2億年に及ぶ「暗黒時代」の終わりの直後に、天の川銀河の第一世代の星が形成されたことを示しています。
天の川の時代
天の川は何歳ですか？私たちの銀河の最初の星はいつ点火しましたか？
天の川銀河系の形成と進化を正しく理解することは、宇宙に関する私たちの知識にとって非常に重要です。それにもかかわらず、関連する観測は、最も強力な望遠鏡が利用可能であっても、古い、遠隔の、ほとんど微弱な天体の詳細な調査を伴うため、最も困難な観測の1つです。
球状星団と星の年齢
現代の宇宙物理学では、特定の星の年齢、つまりガスとダストの巨大な星間雲の結露によって形成されてからの経過時間を測定できます。いくつかの星は、天文学的には非常に「若く」、近くのオリオン星雲にあるような数百万年前のものです。太陽とその惑星系は約45億6000万年前に形成されましたが、他の多くの星ははるかに早く形成されました。天の川の中で最も古い星のいくつかは、大きな星団、特に球状星団（PR写真23a / 04）にあり、その回転楕円体の形のために呼ばれています。
球状星団に属する星は、同じ雲から同時に生まれました。質量の異なる星は異なる速度で進化するので、かなり良い精度で球状星団の年齢を測定することが可能です。最も古いものは13,000万年以上前のものであることが判明しています。
それでも、それらの星団は天の川で形成された最初の星ではありませんでした。私たちはこれを知っています、なぜならそれらには少量の特定の化学元素が含まれており、これらは初期の世代の大規模な星で合成されたに違いありません。処理された材料は、次世代の星が作られた雲の中に堆積しました。 ESO PR 03/01。
集中的な検索にもかかわらず、今日までまだ輝いているかもしれないこの第一世代のそれほど大規模な星を見つけることは今まで不可能でした。したがって、これらの最初の星がいつ形成されたかはわかりません。とりあえず、天の川は最古の球状星団よりも古いに違いないと言えます。
しかし、どれくらい古いですか？
ベリリウムは救助に
したがって、天体物理学者が望んでいるのは、天の川の最初の星（多くはすぐに超新星になった）の形成と既知の年齢の球状星団の星が形成された瞬間との間の時間間隔を測定する方法です。この時間間隔とそれらの星の年齢の合計は、天の川の年齢になります。
ESOのパラナル天文台でVLTを使用した新しい観測により、この方向に突破口が開かれました。魔法の要素は「ベリリウム」です！
ベリリウムは最も軽い元素の1つです[2] –最も一般的で安定した同位体（ベリリウム-9）の核は、4つの陽子と5つの中性子で構成されています。水素、ヘリウム、リチウムだけが軽い。しかし、これらの3つはビッグバン中に生成され、より重い元素のほとんどは後で星の内部で生成されましたが、ベリリウム-9は「宇宙の破砕」によってのみ生成できます。つまり、前述の超新星爆発に起因し、エネルギーの高い「銀河宇宙線」と呼ばれる、高速で移動するより重い核の断片化によって、それらが軽い核（主に陽子とアルファ粒子、つまり水素とヘリウムの核）に衝突すると、星間媒体。
銀河宇宙線とベリリウム時計
銀河系の宇宙線は、宇宙の磁場に誘導されて、初期の天の川中を旅しました。結果として生じるベリリウムの生成は、銀河内で非常に均一でした。ベリリウムの量は時間とともに増加し、これが「宇宙時計」として機能する理由です。
最初の星の形成（または、より正確には、超新星爆発におけるそれらの急速な終焉）と球状星団の形成との間に経過した時間が長いほど、それらが形成された星間物質のベリリウム含有量は高かった。したがって、このベリリウムが恒星の大気に保存されていると仮定すると、そのような星でベリリウムが多く検出されるほど、最初の星とこの星の形成の間の時間間隔が長くなります。
したがって、ベリリウムは私たちに天の川の初期段階の持続時間に関するユニークで重要な情報を提供するかもしれません。
非常に難しい観察
ここまでは順調ですね。この年代測定法の理論的基礎は過去30年間に開発されたため、必要なのは、いくつかの球状星団のベリリウム含有量を測定することだけです。
しかし、これは思ったほど簡単ではありません！主な問題は、ベリリウムが数百万度を超える温度で破壊されることです。星が明るい巨大相に向かって進化すると、激しい運動（対流）が始まり、上部の恒星大気のガスは、すべてのベリリウムが破壊された高温の内部ガスと接触し、恒星の大気の初期ベリリウム含有量はしたがって、大幅に希釈されました。したがって、ベリリウム時計を使用するには、球状星団内のあまり大きくなく、あまり進化していない星のこの元素の含有量を測定する必要があります。そして、これらのいわゆる「ターンオフ（TO）スター」は、本質的に微弱です。
実際、克服すべき技術的な問題は3つあります。まず、すべての球状星団はかなり離れており、測定対象の星は本質的に暗いので、空ではかなり暗いように見えます。 2番目に近い球状星団であるNGC6397でも、TOの星の視覚的な等級は、肉眼で見える最も暗い星よりも16倍、または10000倍暗いです。第二に、恒星スペクトルに見えるベリリウムの特徴（スペクトル線）は2つしかなく、これらの古い星には比較的少ないベリリウムが含まれているため、これらの線は特に他の要素の隣接するスペクトル線と比較すると非常に弱いです。そして3番目に、2つのベリリウム線は、波長313 nmで少し探索されたスペクトル領域にあります。つまり、300 nmのカットオフ付近の地上大気での吸収によって強く影響されるスペクトルの紫外部分にあります。地上からの観測はできません。
したがって、そのような観察がこれまでに行われたことがなく、技術的な困難が単に乗り越えられなかったことは不思議ではありません。
VLTとUVESがその役割を果たします
特に紫外光に敏感なパラナル天文台（チリ）にあるESOの超大型望遠鏡の8.2 mカイエン望遠鏡で高性能UVES分光計を使用して、ESOとイタリアの天文学者のチーム[1]が最初の信頼できる球状星団NGC 6397の2つのTOスター（「A0228」と「A2111」と表示）のベリリウム含有量の測定（PR写真23b / 04）。南方星座阿良の豊かな恒星野の方向に約7,200光年の距離にあり、このタイプの2つの最も近い星団の1つです。もう1つはメシエ4です。
観測は2003年の間に数夜にわたって行われました。16等級の星のそれぞれで合計10時間以上の露光があったため、VLTとUVESは技術的な限界に近づきました。技術の進歩を反映して、チームのリーダーであるESOの天文学者であるルカパスキニ氏は、「ほんの数年前には、このような観測は不可能であり、天文学者の夢のままだったでしょう！」
かすかな星の結果のスペクトル（PR写真23c / 04）は、ベリリウムイオン（Be II）の弱いサインを示しています。観測されたスペクトルを、ベリリウム含有量が異なる一連の合成スペクトル（天体物理学：「存在量」）と比較することで、天文学者は最適なフィットを見つけ、これらの星に含まれる非常に少量のベリリウムを測定することができました。ベリリウム原子ごとに、約22億2,400万個の水素原子。
ベリリウム線は、これらの星と同じタイプの別の星にも見られます。HD218052、cf。 PR写真23c / 04。しかし、それは星団のメンバーではなく、その年齢は星団の年齢ほどよく知られていません。ベリリウムの含有量は星団のそれと非常に似ており、このフィールドスターが星団とほぼ同時に誕生したことを示しています。
ビッグバンから今まで
現在の最良の破砕理論によれば、ベリリウムの測定量は2億から3億年の間に蓄積したに違いありません。チームの別のメンバーであるイタリアの天文学者、ダニエレガリが計算を行います。 8億歳。この基本的な価値の独立した決定を得たのはこれが初めてです！」。
与えられた不確実性の範囲内で、この数値は、現在の宇宙時代の推定である13,700百万年、つまりビッグバンからの経過時間と非常によく一致しています。したがって、天の川銀河の最初の世代の星は、「暗黒時代」が終わった頃に形成されたようであり、現在ビッグバンから約2億年後と考えられています。
私たちが住んでいるシステムは、実際には宇宙の銀河集団の「創設」メンバーの1つであるように思われます。
詳しくは
このプレスリリースで発表された研究は、ヨーロッパの研究ジャーナルで発表されるL. Pasquiniと共著者による「NGC 6397のターンオフスターになる：初期の銀河の破砕、宇宙年代学とクラスター形成」というタイトルの論文で議論されています。 「天文学と天体物理学」（astro-ph / 0407524）。
元のソース：ESOニュースリリース
