Масивні зірки можуть бути в десятки або навіть сотні разів масивніші за Сонце, і вони спалюють надзвичайно гарячий, вибуховий матеріал у космос через потужні сонячні вітри.
Коли зірки стають такими великими, вони зазвичай недовговічні й вибухають у вигляді наднових. І коли це станеться, вони можуть змінити цілі околиці своїх галактик. Але деякі з найбільш хімічно первісних зірок, здається, вибухають набагато менш інтенсивно, ніж очікували астрономи.
За допомогою космічного телескопа Хаббла дослідники дослідили 29 масивних зірок O-типу (надзвичайно гарячих і яскравих) у шести сусідніх галактиках. Ці галактики містять дуже мало важких елементів, які допомагають зіркам створювати сильні зоряні вітри.
Ця частина була очікуваною. Але дослідники також виявили дещо дивовижне: на зірках, кількість важких елементів на Сонці яких становить менше однієї десятої, вітри виявляються набагато слабкішими, ніж очікувалося. Цей дивовижний факт може допомогти нам зрозуміти деякі процеси, які відбувалися в ранні часи Всесвіту.
Придивляючись ближче, щоб зрозуміти ранній Всесвіт
Телескоп Джеймса Вебба виявив деякі з найдавніших зірок у Всесвіті. Але астрономи не можуть безпосередньо досліджувати окремі зірки в більшості цих галактик, тому що вони дуже далеко.
«Вебб відкрив цілий ряд питань про еволюцію цих ранніх галактик — вони дивовижні», — сказала Грейс Телфорд, доцент кафедри фізики та астрономії Університету Юти та провідний автор дослідження.
Замість цього Телфорд і його колеги шукали сусідні середовища, хімічно подібні до молодого Всесвіту.
Їхня програма під назвою TEMPOS (Скарбниця зірок із дуже бідним металом) зосереджена на зірках O-типу в малих карликових галактиках, металічність яких становить менше однієї п’ятої від Сонця.
В астрономії металічність відноситься до великої кількості елементів, важчих за водень і гелій, таких як вуглець, кисень і залізо. Наприклад, Сонце складається приблизно на 1,3% важких елементів за масою. Металічність сонячної квінти відповідає приблизно 0,26% важких елементів за масою, припускаючи той самий відносний склад елементів.
Зірки, які досліджували Телфорд і його колеги, — це масивні, гарячі та неймовірно яскраві зірки.
«Вони горять дуже гаряче, яскраво та швидко, і закінчують своє коротке життя як вибухи наднових, які викидають багато енергії та матеріалу в навколишній газ», — сказав Телфорд. «Вони контролюють еволюцію галактик-господарів, нагріваючи та, по суті, регулюючи газ, який пізніше стає доступним для охолодження та формування нових зірок».
Але вони також втрачають частину матеріалу перед вибухом.
Зірки поступово втрачають частину своїх речовин, викидаючи газ у космос. Ці потоки газу називаються зоряними вітрами, і вони визначають, скільки маси він втрачає протягом свого життя.
На цей процес сильно впливають «метали» всередині зірки.
Випромінювання, що випускається гарячою зіркою, взаємодіє з іонами металів в її атмосфері. Ці іони поглинають частину імпульсу випромінювання та допомагають викинути речовину та прискорити газ із поверхні зірки.
Тому астрономи вже очікували, що зірки з меншою кількістю металів матимуть вітри.
Для зірок із сонячною металічністю приблизно від 5% до 50% загальна тенденція була чіткою: менша металічність відповідала меншій максимальній швидкості вітру. Але дослідження повідомляє про попередні докази того, що падіння є значним нижче приблизно 10% сонячного металу.
Це відносно невеликий огляд із лише кількома спостережуваними зірками, але окремі зірки за межами Чумацького Шляху дуже тьмяні й потребують багатьох спостережень. Це буквально найкращий збір даних у своєму роді.
«Це вибірка з 29 зірок, що звучить небагато, але коли для спостереження за кожною потрібно до 35 годин часу Хаббла, це стає дуже дорогим», — сказав Телфорд.
Отже, що це означає?
Слабший вітер означає, що масивна зірка може утримувати більше матеріалу протягом свого життя, що може призвести до більш вибухонебезпечного кінця. Це може перетворити масивні зірки на чорні діри, хоча ця стаття не аналізує всі можливі наслідки.
Але зараз це важливо, оскільки JWST показав нам, що ранній Всесвіт був набагато більшим, ніж очікували багато астрономів.
Спостереження JWST показали, що деякі молоді галактики були несподівано яскравими та хімічно незвичайними, що змусило дослідників переосмислити те, як у цих галактиках утворюються та еволюціонують зірки.
TEMPOS не є ідеальним рішенням. Зірки, які він спостерігав, є найближчими аналогами, а не живими зірками на світанку Всесвіту. Але вони надають те, чого відчайдушно потребують астрономи: прямі вимірювання хімічних умов, наближених до тих, що панували мільярди років тому.
Зараз команда об’єднує спостереження Хаббла та Кека, щоб краще зрозуміти, як ці зірки втрачають масу. Зрештою, якщо вони справдяться, ці відкриття можуть змінити наше уявлення про ранній Всесвіт.
І якби наймасивніші зірки Всесвіту зберігали значно більшу масу до смерті, астрономи могли б переосмислити не лише те, як ці зірки жили, але й те, як вони допомогли створити перші покоління галактик.
Дослідження в Серія додатків до астрофізичного журналу.
