Unge galakser spredte allerede tunge grundstoffer – men deres stjerner kan have haft svagere vinde

Hvordan kunne galakser så tidligt i universets historie allerede have dannet tunge grundstoffer og sendt beriget gas ud i deres omgivelser? Observationer fra James Webb-rumteleskopet (JWST) viser en del af historien. Hubbles TEMPOS-undersøgelse af nærliggende stjerner undersøger en anden: om de stjernevinde, der indgår i astronomernes modeller, opfører sig anderledes, når der er meget få tunge grundstoffer. 110

Beriget gas i et ungt univers

De tre galakser i JWST-undersøgelsen ses, som de var cirka 520–650 millioner år efter Big Bang. Deres gas indeholder blandt andet kulstof, ilt og silicium. Astronomer kalder alle grundstoffer tungere end hydrogen og helium for metaller. At de findes i gassen, viser, at tidligere stjerner allerede havde fremstillet og spredt dem.

Tegn på, at beriget gas bevæger sig udad, peger på, at et kredsløb af gas var ved at tage form: Gas kan strømme ind og give næring til stjernedannelse, mens noget materiale strømmer ud igen. En udstrømning viser dog ikke i sig selv, at gassen senere vender tilbage til galaksen.

Fundene har også betydning for jagten på Population III-stjerner – den første generation af stjerner, som blev dannet uden tunge grundstoffer. Den gas, JWST her undersøger, er ikke længere oprindelig og metalfri. Mulige kemiske spor efter de første stjerner er heller ikke det samme som at observere stjernerne direkte. Resultaterne gør derfor en direkte påvisning af metalfri stjernepopulationer mindre oplagt i netop den undersøgte gas, men udelukker dem ikke andre steder.

Hubble måler på stjerner – ikke de samme gasstrømme

TEMPOS har samlet ultraviolette spektre af 29 massive stjerner af O-typen i seks nærliggende dværggalakser med få tunge grundstoffer. De første resultater peger på overraskende svage stjernevinde. Under omkring en tiendedel af Solens indhold af tunge grundstoffer kan vindene muligvis aftage kraftigere, end en jævn fremskrivning tilsiger. Både grænsen og faldets størrelse skal undersøges nærmere. 161013

En stjernevind er materiale, der strømmer væk fra en enkelt stjerne. Den er altså ikke det samme som den udstrømning af gas fra galakser, JWST undersøger. Men massive stjerners vinde er en del af den påvirkning, stjerner har på deres omgivelser. Hvis vindene er svagere end antaget, kan det ændre modellernes forudsigelser for unge galaksers udvikling. TEMPOS tester den stjernefysik i galakser tættere på os; undersøgelsen måler ikke stjernerne i JWST’s fjerne galakser og fastslår ikke, hvad der satte deres gas i bevægelse. 13

Hvorfor ilt ikke fortæller hele historien

Stråling fra varme stjerner kan drive vinde ved at påvirke metalioner i stjernernes atmosfærer. TEMPOS finder variation i jernabsorptionen fra stjernerne. Det gør det vanskeligt blot at bruge iltindholdet i en galakses gas som mål for den sammensætning, der er relevant for dens stjernevinde. Tidligere undersøgelser af ekstremt metalfattige galakser har også vist, at målinger baseret på jern i stjerner og ilt i gas ikke nødvendigvis giver det samme billede af grundstoffernes indbyrdes forhold. 346

For astronomernes modeller er pointen derfor ikke, at én observation forklarer JWST’s komplekse unge galakser. Modellerne må afprøve både usikkerheden om stjernevinde ved meget lavt metalindhold, forholdet mellem de enkelte grundstoffer og galaksernes tilførsel, udstrømning og kemiske berigelse af gas. Tilsammen giver observationerne bedre holdepunkter – endnu ikke én påvist forklaring. 1410