Galaksi awal sudah kaya unsur berat, tetapi angin bintangnya mungkin lebih lemah

Bagaimana galaksi menjadi rumit begitu awal dalam sejarah alam semesta? Dua jenis pemerhatian memberi petunjuk dari sudut berbeza. Teleskop Angkasa James Webb (JWST) meneliti gas di galaksi muda yang jauh, manakala tinjauan TEMPOS menggunakan Teleskop Angkasa Hubble untuk mengkaji bintang berjisim besar di galaksi berdekatan yang miskin unsur berat. Pemerhatian Hubble membantu menguji fizik bintang yang digunakan dalam model galaksi awal; ia bukan pemerhatian terhadap bintang dalam galaksi jauh yang sama. 110

Gas yang sudah diperkaya bergerak keluar

Tiga galaksi dalam kajian JWST dilihat ketika alam semesta berusia kira-kira 520–650 juta tahun selepas Letupan Besar. Gasnya mengandungi unsur berat seperti karbon, oksigen dan silikon. Dalam astronomi, unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium sering disebut logam. Kehadirannya menunjukkan bahawa bintang generasi terdahulu sudah menghasilkan unsur tersebut dan menyebarkannya.

Bukti gas kaya unsur berat yang bergerak keluar mencadangkan bahawa sebahagian daripada kitaran barion sudah terbentuk: gas membekalkan bahan untuk pembentukan bintang, sementara sebahagian bahan mengalir semula ke persekitaran galaksi. Namun, melihat gas keluar tidak membuktikan bahawa gas itu kemudian kembali ke galaksi.

Penemuan ini turut memberi konteks kepada pencarian bintang Populasi III, iaitu generasi bintang pertama yang terbentuk tanpa unsur berat. Gas yang dikesan di sini bukan lagi gas asal yang bebas unsur berat. Kesan kimia yang mungkin ditinggalkan oleh bintang pertama juga tidak sama dengan mengesan bintang itu sendiri. Kesimpulannya terhad kepada gas yang diperiksa dalam pemerhatian ini: penemuan tersebut tidak menolak kemungkinan bintang bebas unsur berat dapat ditemui di tempat lain.

Hubble menguji angin bintang, bukan aliran gas galaksi

TEMPOS menghimpunkan spektrum ultraungu 29 bintang berjisim besar jenis O dalam enam galaksi kerdil berdekatan yang miskin logam. Hasil awalnya menunjukkan angin bintang yang lebih lemah daripada jangkaan pada kadar unsur berat yang sangat rendah. Terdapat juga petunjuk bahawa pelemahan itu menjadi lebih mendadak apabila kadar unsur berat turun di bawah kira-kira satu persepuluh daripada kadar Matahari. Ambang dan magnitud kesan ini masih perlu diuji lanjut. 161013

Angin bintang ialah bahan yang terlepas daripada bintang; ia bukan aliran gas berskala galaksi yang diperhatikan JWST. Namun, angin bintang berjisim besar mempengaruhi kehilangan bahan daripada bintang dan cara bintang menyumbang kepada persekitarannya. Jika kekuatannya tersalah anggar, ramalan tentang perkembangan galaksi muda juga boleh berubah. TEMPOS menguji satu input penting bagi model tersebut, bukan membuktikan apa yang mencetuskan aliran gas dalam galaksi jauh JWST. 13

Mengapa oksigen sahaja tidak mencukupi

Angin yang dipacu sinaran bergantung pada ion logam dalam atmosfera bintang. TEMPOS melaporkan variasi dalam penyerapan cahaya oleh besi, sekali gus merumitkan kebiasaan menggunakan kelimpahan oksigen dalam gas galaksi sebagai wakil komposisi bintangnya. Kajian terdahulu terhadap galaksi yang amat miskin logam juga mendapati ukuran besi pada bintang dan ukuran oksigen dalam gas tidak semestinya menggambarkan corak kelimpahan unsur yang sama. 346

Bagi pembina model, pengajarannya ialah menguji andaian tentang angin bintang pada kadar unsur berat rendah dan nisbah antara unsur, di samping kemasukan gas, aliran keluar serta pengayaan kimia. Gabungan pemerhatian JWST dan Hubble memperketat batasan yang perlu dipenuhi oleh model evolusi galaksi awal—tetapi belum menghasilkan satu penjelasan muktamad bagi galaksi muda yang kompleks itu. 1410