Jsou hvězdy příliš staré na to, aby byly důvěryhodné?

Analýzou souboru hvězd v kulové hvězdokupě, za pomoci ESO - Very Large Telescope, astronomové možná našli řešení kritické kosmologické a hvězdné záhady. Dodnes rozpaky vzbuzující otázkou bylo, proč je množství lithia vyprodukovaného při Velkém třesku (Big Bang) je 2 až 3 krát vyšší, než jeho obsah naměřený v atmosférách starých hvězd. Odpověď, jak tvrdí výzkumníci, se nachází ve skutečnosti, že relativní množství tohoto prvku naměřené v atmosférách hvězd se časem snižuje.

"Takovéto trendy předpovídají modely, které berou v úvahu rozptyl prvků v hvězdách", řekl Andreas Korn, vedoucí autor vědeckého pojednání vydaného tento týden v časopisu NATURE. "Až do nynějška ale takovéto tvrzení postrádalo výzkumem potvrzené důkazy."

Lithium je jedním z velmi mála prvků, které vznikly přímo při Velkém třesku. Jakmile tedy astronomové znají množství obyčejné hmoty obsažené ve vesmíru, mohou přímo odvodit kolik lithia vzniklo v ranném vesmíru. Množství lithia může být také stanoveno v nejstarších, na kov chudých hvězdách, které se vytvořily z hmoty podobné prvotnímu materiálu. Ovšem kosmologicky předpovězené hodnoty jeho obsahu jsou příliš vysoké na to, aby se daly srovnat s množstvím, které bylo ve hvězdách skutečně naměřeno. Něco je tedy špatně, ale co?

U některých tříd hvězd je však známo, že u nich hrají svoji roli při změnách relativního zastoupení prvků ve viditelných vrstvách atmosféry také difúzní procesy. Díky gravitaci totiž mají těžké prvky v průběhu miliard let života hvězd tendenci klesat hlouběji dovnitř hvězd a tak přestávají být ve hvězdách "vidět". "Efekty difúzních procesů, jak se očekává, by tedy měly být nejmarkantnější u starých a na kov velmi chudých hvězd", řekl Korn. "Je to dáno jejich velkým stářím, kdy difúzní procesy měly mnohem více času na to, aby se jejich efekt projevil více než u mladších hvězd jako je třeba Slunce."

Astronomové tedy zahájili výzkumnou kampaň, aby otestovali modelové předpovědi tím, že zkoumali nejrůznější druhy hvězd na různých stupních jejich vývoje v na kov chudé kulové hvězdokupě NGC 6397. Kulové hvězdokupy jsou po této stránce užitečnou laboratoří, protože všechny hvězdy v nich mají stejné stáří a stejné počáteční chemické složení. Efekty difůze, jak je předpovězeno, se v nich odráží v závislosti na stupni vývoje hvězd. Proto relativní množství lithia v atmosférách hvězd a jeho vývojové trendy jsou příznakem jeho rozptylování ve hmotě hvězd.

Pozorováno bylo celkem osmnáct hvězd, po dobu 2 až 12 hodin, pomoci multi objektového spektrografu FLAMES-UVES umístěného na VLT v Paranal. Spektrograf FLAMES je pro takovou práci ideálním přístrojem, který dovoluje astronomům získat spektrum mnoha hvězd najednou, protože dokonce i v tak blízké kulové hvězdokupě, jako je NGC 6397, jsou hvězdy velmi málo jasné a vyžadují proto dlouhou dobu expozice.

Vykonaná pozorování zřetelně ukazují systematické změny množství lithia v atmosférách hvězd podél vývojové linie NGC 6397 tak, jak to předpovídají modely pracující s velkým promícháváním hmoty hvězd. Množství jednotlivých prvků pozorovaná v atmosférách velmi starých hvězd tak nejsou, v přesném slova smyslu, reprezentativním vzorkem prvotního materiálu ze kterého tyto hvězdy vznikly.

"Jedním z efektů tohoto procesu je korekce množství lithia naměřeného u starých hvězd, které tak odpovídá kosmologicky předpovězené hodnotě," řekl Korn. "Kosmologický rozpor množství lithia je tak velkou měrou odstraněn."

"Na tahu je nyní tábor teoretiků," dodává Korn. "Ten teď musí identifikovat fyzikální mechanismus, který je původem tohoto neobvykle velkého promíchávání."