Tidlige galakser spredte metaller, men stjernene kan ha hatt svakere vinder

Metaller var allerede på vandring da universet var ungt. Observasjoner fra James Webb-romteleskopets SPURS-program tyder på at gass med tunge grunnstoffer beveget seg utover fra tre fjerne galakser. Samtidig viser Hubbles TEMPOS-undersøkelse at massive stjerner i nærliggende, metallfattige dverggalakser kan ha svakere vinder enn ventet. Disse stjernene brukes som sammenligningsgrunnlag for tidlige stjernepopulasjoner; de er ikke direkte observasjoner av universets første stjerner.45

Hva viser JWST-målingene?

I de tre SPURS-galaksene, med rødforskyvning 7,2–9,3, ser astronomene absorpsjon fra tunge grunnstoffer i flere ioniseringstilstander. Signaturene er blåforskjøvet i forhold til galaksene. Det stemmer med at metallholdig gass beveger seg utover langs synslinjen mot oss. Målingene viser derimot ikke alene hvor langt gassen kom, eller om den slapp helt ut i rommet mellom galaksene.

Det er viktig for jakten på populasjon III-stjerner – stjerner som ville ha blitt dannet av i praksis metallfri gass. Dersom utstrømningene nådde nærliggende områder der nye stjerner ble dannet, kan de ha gjort det vanskeligere å finne urørt gass akkurat der. Funnene viser ikke at all gass ble beriket; metallfrie lommer kan fortsatt ha eksistert andre steder.13

Hvorfor er de svake stjernevindene overraskende?

TEMPOS brukte ultrafiolette Hubble-observasjoner av 29 massive stjerner i seks nærliggende, metallfattige dverggalakser. Resultatene tyder på uventet svake stjernevinder. Under omtrent en tidel av solas innhold av tunge grunnstoffer kan vindene være svakere enn en jevn videreføring av trenden fra mer metallrike stjerner skulle tilsi. Et slikt brudd i trenden er foreløpig ikke fastslått.4510

Fysikken gir en grunn til å undersøke dette: I atmosfæren til massive stjerner bidrar ioner av tunge grunnstoffer til å overføre bevegelsesmengde fra stråling til gass, som dermed drives utover. Svakere vinder betyr mindre massetap gjennom stjernens levetid.3 Bildet er likevel ikke entydig. En tidligere studie av 11 O-stjerner med lavt metallinnhold fant svært svake vinder, men resultater som stemte med videreførte trender for vindens bevegelsesmengde.15

Hva kan det bety for de første galaksene?

Hvis TEMPOS-resultatet viser seg å gjelde flere stjerner, kan massive stjerner beholde mer masse fram til de dør. Da må modeller revurdere mulige eksplosjoner og kompakte rester, samt hvor mye energi og materiale stjernene tilfører gass som senere kan danne nye stjerner.34

En utstrømning fra en hel galakse og vinden fra én stjerne er ikke samme måling. TEMPOS fulgte ikke stjernene fram til døden, og SPURS fastslo ikke hva som drev gassen ut av galaksene. Nye spektrummålinger og modeller kan teste om de svake vindene er et generelt trekk. Dypere JWST-observasjoner kan undersøke kandidater til populasjon III-stjerner, mens flere målinger av gassen i tidlige galakser kan vise hvor metallene til slutt havnet.51013