Varhaiset galaksit olivat jo rikastuneet – mutta niiden tähtien tuulet saattoivat olla heikkoja

Varhaisten galaksien kehitystä ei voi ymmärtää katsomalla vain niiden tähtiä tai vain niiden kaasua. James Webb -avaruusteleskoopin havainnot kolmesta nuoresta galaksista kertovat, että raskaita alkuaineita sisältävää kaasua oli jo niiden ympäristössä. Hubblen TEMPOS-tutkimus puolestaan mittaa läheisten, vähämetallisten galaksien tähtiä ja koettelee oletuksia, joilla kaukaisia galakseja mallinnetaan. TEMPOS ei siis havainnoi samoja tähtiä kuin Webb. 110

Kaasu rikastui ja liikkui jo varhain

Webbin tutkimat kolme galaksia nähdään sellaisina kuin ne olivat noin 520–650 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Niiden kaasussa on muun muassa hiiltä, happea ja piitä. Se kertoo, että aiemmat tähdet olivat jo tuottaneet raskaita alkuaineita ja levittäneet niitä syntypaikkojensa ulkopuolelle. Havainnot viittaavat myös rikastuneen kaasun virtaukseen galakseista ulospäin.

Tämä sopii kuvaan varhain käynnistyneestä baryonien kierrosta: kaasua päätyy galakseihin tähtien raaka-aineeksi, ja osa aineesta virtaa takaisin ympäristöön. Pelkkä ulosvirtaus ei kuitenkaan osoita, että kaasu olisi myöhemmin palannut galaksiin.

Raskaiden alkuaineiden löytyminen tarkastellusta kaasusta vaikuttaa myös ensimmäisten, metallittomien eli niin kutsuttujen populaatio III:n tähtien etsintään. Kaasu ei ole enää alkuperäisessä tilassaan. Mahdolliset kemialliset jäljet ensimmäisistä tähdistä eivät silti ole havaintoja itse tähdistä, eikä tulos sulje pois metallittomia tähtipopulaatioita kaikkialta.

Tähtituuli ei ole sama asia kuin galaksin kaasuvirta

TEMPOS-tutkimuksessa on koottu ultraviolettispektrit 29 massiivisesta O-tyypin tähdestä kuudessa läheisessä vähämetallisessa kääpiögalaksissa. Alustavien tulosten mukaan tähtituulet ovat kaikkein vähämetallisimmissa ympäristöissä odotettua heikompia. Ne voivat heiketä erityisen jyrkästi, kun metallipitoisuus alittaa noin kymmenesosan Auringon vastaavasta pitoisuudesta. Sekä mahdollista rajaa että muutoksen voimakkuutta on vielä testattava. Tähtitieteessä ”metallit” tarkoittavat kaikkia vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita. 161013

Tähtituuli on tähdestä lähtevää ainetta; Webbin havaitsema ulosvirtaus koskee galaksin kaasua paljon suuremmassa mittakaavassa. Massiivisten tähtien tuulet vaikuttavat siihen, kuinka paljon ainetta tähdet menettävät ja miten ne muokkaavat ympäristöään. TEMPOS auttaa tarkistamaan tämän fysiikan mallinnusta, mutta ei osoita, mikä käynnisti Webbin tutkimien galaksien ulosvirtaukset. 13

Miksi happi ei yksin riitä?

Säteilyn synnyttämät tähtituulet riippuvat tähden kaasukehän metalli-ioneista. TEMPOS-aineistossa raudan absorptio vaihtelee, joten galaksin kaasusta mitattua happipitoisuutta ei voi aina käyttää suorana mittana tähtien tuulille olennaisesta koostumuksesta. Myös aiemmissa erittäin vähämetallisten galaksien tutkimuksissa tähtien rautaan perustuvat mittaukset ja kaasun happimittaukset ovat antaneet erilaisen kuvan alkuaineiden suhteista. 346

Yhdessä tulokset antavat syyn tarkastella galaksimalleissa sekä kaasun sisään- ja ulosvirtauksia että alkuaineiden suhteita ja vähämetallisten tähtien tuuliin liittyvää epävarmuutta. Ne parantavat mahdollisuuksia selittää Webbin näkemien nuorten galaksien monimutkaisuutta, mutta eivät vielä tarjoa yhtä osoitettua selitystä. 1410