הגלקסיות הקדומות כבר הכילו יסודות כבדים — אבל רוחות הכוכבים שלהן עשויות להיות חלשות מהצפוי

שתי תצפיות משלימות מציבות בפני חוקרי הגלקסיות הקדומות שאלה מדויקת יותר: לא רק מתי נוצרו יסודות כבדים, אלא גם איך הם התפזרו ומה הייתה תרומתם של הכוכבים לתהליך. טלסקופ החלל ג׳יימס ווב מספק ראיות מגלקסיות צעירות ומרוחקות; סקר TEMPOS של טלסקופ החלל האבל בודק כוכבים קרובים יחסית, בסביבות דלות ביסודות כבדים, כדי לשפר את הפיזיקה המשמשת במודלים של אותן גלקסיות. 110

העשרה כימית כבר בראשית הדרך

שלוש הגלקסיות שנחקרו באמצעות ווב נראות כפי שהיו כ־520–650 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. בגז שלהן נמצאו יסודות כבדים, ובהם פחמן, חמצן וצורן. באסטרונומיה מכנים את כלל היסודות הכבדים ממימן ומהליום ״מתכות״; נוכחותם מעידה שכוכבים מוקדמים יותר כבר יצרו חומר כזה ופיזרו אותו. יש גם עדויות לגז מועשר שנע החוצה מן הגלקסיות.

התמונה הזאת מתאימה לתחילתו של מחזור גז בגלקסיה: גז נכנס, מזין יצירת כוכבים, וחלק מהחומר נפלט אל הסביבה. אבל זיהוי של גז יוצא אינו מוכיח שהוא חזר בהמשך אל הגלקסיה.

יש לכך השלכה גם על החיפוש אחר כוכבי אוכלוסייה III — הדור הראשון של כוכבים, שנוצר מחומר נטול יסודות כבדים. הגז שנבדק כאן כבר אינו חומר קדמוני כזה. ייתכן שאפשר לזהות בו רמזים כימיים לפעולתם של הכוכבים הראשונים, אך רמז כימי אינו תצפית בכוכבים עצמם. הממצאים מצמצמים את הסיכוי למצוא אוכלוסיות נטולות מתכות בגז שנבדק בתצפיות האלה; הם אינם שוללים את קיומן בכל מקום.

מה האבל מודד — ומה לא

סקר TEMPOS ריכז ספקטרומים בתחום העל־סגול של 29 כוכבים מסיביים מסוג O בשש גלקסיות ננסיות קרובות ודלות ביסודות כבדים. הממצאים הראשוניים מצביעים על רוחות כוכביות — זרימות חומר מפני הכוכב — חלשות מהצפוי בסביבות שבהן תכולת היסודות הכבדים נמוכה במיוחד. ייתכן שמתחת לכעשירית מהתכולה בשמש הרוחות נחלשות בחדות רבה יותר מכפי שחיזוי המבוסס על מגמה הדרגתית היה מניח. גם מיקום הסף הזה וגם עוצמת השינוי דורשים בדיקה נוספת. 161013

רוח מכוכב אינה אותו הדבר כמו זרימת גז בקנה מידה של גלקסיה. רוחות מכוכבים מסיביים הן אחת הדרכים שבהן כוכבים מאבדים חומר ומשפיעים על סביבתם. לכן שינוי בעוצמה שמייחסים להן עשוי לשנות תחזיות על התפתחות גלקסיות צעירות. אבל TEMPOS אינו מודד ישירות את הכוכבים בגלקסיות המרוחקות שווב רואה, ואינו מוכיח מה הניע את זרימות הגז שנצפו בהן. 13

למה לא די במדידת חמצן

רוחות כוכביות המונעות בידי קרינה תלויות ביונים של יסודות כבדים באטמוספרת הכוכב. TEMPOS מצא שונות בבליעה הקשורה לברזל, ולכן מדידת שפע החמצן בגז של גלקסיה אינה בהכרח תחליף מדויק להרכב היסודות בכוכביה. גם מחקרים קודמים בגלקסיות דלות מאוד ביסודות כבדים הראו שמדידות ברזל בכוכבים ומדידות חמצן בגז אינן חייבות להצביע על אותו יחס בין היסודות. 346

המסקנה למתכנני מודלים אינה שנמצא הסבר יחיד לגלקסיות המורכבות שווב חושף. היא שיש לבחון יחד הנחות לא ודאיות לגבי רוחות כוכביות בסביבה דלת יסודות כבדים, יחסים בין יסודות, כניסת גז לגלקסיה, יציאתו והעשרתו הכימית. כך אפשר לבדוק הסברים להתפתחות המוקדמת של גלקסיות על בסיס תצפיתי טוב יותר — בלי להציג את הקשר בין שני סוגי התצפיות כהוכחה שכבר הושלמה. 1410