Зірка, яка знаходиться в нашій галактиці, є найчистішою давньою зіркою, яку астрономи знайшли на сьогоднішній день.

Це означає, що вона вражаюче (хоча й не зовсім) не забруднена металами, які з'явилися лише після того, як зірки вже жили і померли – це фосильний релікт раннього Всесвіту, ймовірно, народжений з газу, збагаченого одним з перших супернових вибухів.

Колись зірка, схожа на Сонце, SDSS J0715-7334 досягла кінця свого основного життєвого циклу і тепер є червоним гігантом, що наближається до кінця свого життя – вона вижила достатньо довго, щоб навчити нас про часи, що минули.

"Ці чисті зірки – це вікна в радість зірок і галактик у Всесвіті", – говорить космолог Олександр Джі з Чиказького університету, який очолив дослідження.

Після того, як Всесвіт вибухнув у Великому вибуху, простір заповнився гарячим, щільним туманом плазми, що складається з малих атомних ядер і вільних електронів.

Те, що було мало світла, не могло проникнути в цей туман; фотони просто розсіялися б на електронах, які плавали навколо, ефективно роблячи Всесвіт темним.

Приблизно через 300 000 років після Великого вибуху, однак, Всесвіт охолов достатньо, щоб дозволити протонам і електронам з'єднатися, утворюючи нейтральний водень і трохи гелію. Саме з щільних скупчень у цьому чистому водні і гелії народилися перші зірки, відомі як Популяція III.

Елементи важчі за гелій не потрапили в широке розповсюдження по Всесвіту, поки ці зірки не загинули.

Зірки живляться злиттям – процесом, за допомогою якого атоми зливаються, утворюючи важчі елементи, спочатку водень у гелій, потім гелій у вуглець і так далі. Елементи важчі за гелій в астрономії називаються металами.

Цей ланцюг закінчується на залізі, оскільки злиття його вимагає більше енергії, ніж процес випромінює, але навіть важчі елементи формуються в енергійних вибухах супернових, які позначають смерть масивних зірок. Ці вибухи розсіюють важкі елементи по космосу, де вони можуть бути включені в процес формування нових зірок.

Кожна зірка, яку коли-небудь вимірювали, мала певну ступінь цього металевого збагачення – але деякі більше, ніж інші. Ті, що мають найменше, відомі як Популяція II, мають металевість настільки низьку, що їх склад міг бути збагачений лише Популяцією III.

"Жодна зірка Популяції III ніколи не спостерігалася, або тому, що вони були масивними, жили швидко і померли молодими, або найменші зірки Популяції III, які могли дожити до сьогоднішнього дня, є надзвичайно рідкісними", – пояснює астроном Кевін Шлафман з Університету Джонса Хопкінса.

"У будь-якому випадку, властивості цього першого покоління зірок є деякими з найважливіших невідомих у сучасній астрофізиці".

Зірки Популяції II, отже, є дуже бажаними для астрономів, які досліджують їх хімічні властивості, щоб дізнатися про зірки, які їх створили.

Це повертає нас до SDSS J0715-7334, виявленої майже випадково Джі та його студентами, які шукали цікаві зірки, використовуючи Слоанівський цифровий огляд зірок (SDSS) як частину свого навчального курсу.

На першу ніч на телескопі друга зірка, на яку студенти подивилися, була SDSS J0715-7334. План полягав у тому, щоб спостерігати за нею 10 хвилин. Вони врешті-решт спостерігали за нею три години.

"Я дивилася на цю камеру всю ніч, щоб переконатися, що вона працює", – говорить астроном Наталі Оррантія, одна з студенток, які брали участь.

При ближчому розгляді зірка виявилася з композицією, яка була майже повністю воднем і гелієм. Її металевість становить лише 0,005 відсотка від Сонця, і майже половина від попереднього рекорду за низькою металевістю.

У її спектрі було лише невелике кількість заліза – її загальна металевість у 40 разів нижча, ніж у наступної найменш залізної зірки, відомої. Але те, що справді вразило дослідників, це її шокуюче низький вміст вуглецю.

"Зірка має так мало вуглецю, що це свідчить про те, що раннє розсипання космічного пилу відповідальне за її формування", – сказав Джі. "Цей шлях формування спостерігався лише один раз раніше".

Зазвичай газ потребує певних елементів, таких як вуглець або кисень, щоб охолонути достатньо для формування зірок. Шлях формування зірок Популяції III, як вважається, покладався на молекули водню, які є менш ефективними, але як тільки вуглець з'явився, він став домінуючим гравцем у охолодженні, необхідному для формування зірок по всьому Всесвіту.

Відсутність вуглецю в спектрі SDSS J0715-7334 не вказує на чисте охолодження воднем, як, ймовірно, використовували перші зірки.

Натомість її хімія свідчить про те, що вона утворилася в рідкісному проміжному режимі, де було занадто мало вуглецю для звичайного охолодження, тому невеликі кількості космічного пилу, залишки супернових Популяції III, ймовірно, допомогли газу колапсувати.

"Однак потрібно знайти ще багато подібних зірок з низьким вмістом металів у різних середовищах, щоб перевірити цю гіпотезу", – пишуть Джі та команда у своїй статті.

Позиція зірки та її рух по небу свідчать про те, що вона прийшла не з Чумацького Шляху, а з Великого Магелланового Хмари, карликової галактики, що обертається навколо Чумацького Шляху. Це може означати, що Велике Магелланове Хмара містить більше таких зірок, які чекають на відкриття.

"Можливо, ми знайдемо відносно вищу пропорцію ультра-металевих зірок у галактиках, таких як Магелланові Хмари, ніж у нашій власній галактиці Чумацький Шлях", – говорить Шлафман.

"Ще багато чого потрібно зробити, щоб зрозуміти, що насправді відбувалося в цю епоху, коли Чумацький Шлях був молодим. Ми лише почали досліджувати".

Відкриття було опубліковано в Nature Astronomy.