Tidlige galakser sendte tungstoffer ud, men deres stjerner kan have haft svagere vinde

Hvordan fik universets første galakser spredt tungstoffer, hvis deres massive stjerner måske mistede mindre stof end forventet? Nye observationer giver ikke et samlet svar, men de sætter spørgsmålstegn ved to forskellige dele af modellerne. James Webb-rumteleskopets SPURS-program finder tegn på gas i bevægelse udad fra fjerne galakser. Hubbles TEMPOS-program undersøger derimod vinde fra enkelte massive stjerner i nærliggende, tungstoffattige galakser. De nærliggende stjerner er sammenligningsgrundlag for tidlige stjernepopulationer – ikke direkte observationer af dem.45

Hvad viser JWST om de tidlige galakser?

I tre galakser med rødforskydninger på 7,2–9,3 ses ultraviolet lys absorberet af tungstoffer i flere ioniseringstilstande. Absorptionslinjerne er blåforskudt i forhold til galakserne: Gassen bevæger sig mod os relativt til dem. Det stemmer med, at tungstofholdig gas strømmer ud fra galakserne. Målingerne viser dog ikke i sig selv, hvor langt gassen nåede, eller om den slap helt ud i rummet mellem galakserne.

Det er vigtigt for jagten på Population III-stjerner – stjerner, som ville være dannet af stort set tungstoffri gas. I astronomi kaldes alle grundstoffer tungere end helium for metaller. Hvis udstrømningerne nåede frem til gas, hvor nye stjerner skulle dannes, kan de have mindsket mængden af uberørt gas dér. Fundene viser ikke, at tungstoffer var spredt overalt: Der kan stadig have eksisteret metalfrie områder andre steder.13

Hvor svage var stjernevindene?

Med ultraviolette Hubble-observationer undersøgte TEMPOS 29 massive stjerner i seks nærliggende, tungstoffattige dværggalakser. Undersøgelsen finder overraskende svage stjernevinde. Især under omkring en tiendedel af Solens indhold af tungstoffer tyder resultaterne på, at vindene kan være svagere end en jævn fremskrivning fra mere metalrige stjerner ville forudsige. Det er endnu ikke en fastslået ny sammenhæng.4510

Tungstofioner er med til at overføre energi og bevægelsesmængde fra en massiv stjernes stråling til dens atmosfære, så gas drives væk. Svagere vinde kan derfor betyde, at stjernen mister mindre masse i løbet af sit liv.3 Men undersøgelserne er ikke helt enige: En tidligere analyse af 11 O-stjerner med lavt tungstofindhold fandt også meget svage vinde, men vurderede dem som forenelige med en fremskrivning af den hidtidige tendens. Stjerneprøver og analysemetoder skal derfor sammenlignes nøje.15

Hvad kan det betyde for galaksernes udvikling?

Hvis TEMPOS-resultatet holder for flere stjerner, kan massive stjerner beholde mere masse frem til deres død. Så kan modellerne få brug for at justere deres forudsigelser om stjerneeksplosioner og kompakte rester samt om, hvordan stjerner tilfører energi og stof til gas, der senere kan danne nye stjerner.34

Ingen af undersøgelserne har dog vist hele forløbet. TEMPOS observerede ikke stjernernes endelige skæbne, og SPURS fastslog ikke, hvad der satte udstrømningerne fra galakserne i gang. En udstrømning fra en hel galakse er ikke det samme som vinden fra én stjerne.

Flere spektroskopiske målinger og forbedrede modeller kan afprøve, om tendensen til svage stjernevinde holder, og hvilken rolle stjernernes indhold af tungstoffer spiller. Dybere JWST-observationer af kandidater med meget lavt tungstofindhold kan undersøge mulige Population III-fortolkninger, mens nye målinger af gas i tidlige galakser kan vise mere om, hvor de observerede tungstoffer endte.51013