Pierwsze galaktyki wyrzucały ciężkie pierwiastki. Ich gwiazdy mogły mieć słabsze wiatry

Dwa teleskopy zajrzały do tej samej historii z różnych stron. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, w ramach programu SPURS, zarejestrował oznaki wypływu gazu zawierającego ciężkie pierwiastki z trzech bardzo odległych galaktyk. Teleskop Hubble’a w programie TEMPOS zbadał natomiast masywne gwiazdy w pobliskich galaktykach ubogich w takie pierwiastki i znalazł zaskakująco słabe wiatry gwiazdowe. Te pobliskie gwiazdy pomagają badać warunki podobne do panujących we wczesnym Wszechświecie — nie są bezpośrednią obserwacją jego pierwszych gwiazd.45

Co Webbowi powiedziało, że gaz się przemieszcza?

W widmach trzech galaktyk o przesunięciu ku czerwieni z = 7,2–9,3 widać pochłanianie promieniowania ultrafioletowego przez ciężkie pierwiastki występujące w różnych stanach jonizacji. Linie pochłaniania są przesunięte ku błękitowi względem galaktyk. To wskazuje, że gaz zawierający te pierwiastki porusza się w naszą stronę, zgodnie z obrazem wypływu z galaktyk. Sam pomiar nie mówi jednak, jak daleko gaz dotarł ani czy wydostał się w przestrzeń międzygalaktyczną.

Ma to znaczenie dla poszukiwań gwiazd III populacji, które powstawałyby z gazu praktycznie pozbawionego ciężkich pierwiastków. Jeśli wczesne wypływy dotarły do pobliskich obszarów powstawania gwiazd, mogły zmniejszyć tam zasób pierwotnego gazu. Trzy wykryte wypływy nie dowodzą jednak, że wzbogacony został cały wczesny Wszechświat: gdzie indziej mogły przetrwać obszary wolne od takich pierwiastków.13

Dlaczego wynik Hubble’a zaskakuje?

TEMPOS wykorzystał obserwacje ultrafioletowe do zbadania 29 masywnych gwiazd w sześciu pobliskich galaktykach karłowatych ubogich w ciężkie pierwiastki. Ich wiatry okazały się nieoczekiwanie słabe. Wyniki sugerują, że poniżej mniej więcej jednej dziesiątej słonecznej zawartości ciężkich pierwiastków siła wiatrów może odbiegać od trendu wyznaczonego dla gwiazd o większej ich zawartości. To na razie wstępny wniosek, a nie ustalone nowe prawo.4510

Ciężkie pierwiastki pomagają przekazywać pęd promieniowania atmosferze masywnej gwiazdy, napędzając odpływ materii. Słabszy wiatr oznaczałby mniejszą utratę masy w ciągu jej życia.3 Wyniki badań nie są jednak całkowicie zgodne: wcześniejsza analiza 11 gwiazd typu O również wykazała bardzo słabe wiatry, lecz ich parametry były zgodne z przedłużeniem dotychczasowych zależności. Porównanie próbek i metod modelowania pozostaje więc ważne.15

Co jeszcze trzeba sprawdzić?

Jeśli wynik TEMPOS potwierdzi się dla większej grupy gwiazd, modele będą musiały uwzględnić, że masywne gwiazdy mogą zachowywać więcej materii aż do końca życia. Mogłoby to zmienić przewidywania dotyczące ich śmierci, pozostałości po nich oraz ilości energii i materii przekazywanej gazowi, z którego powstają kolejne gwiazdy.34 TEMPOS nie obserwował śmierci tych gwiazd, a SPURS nie ustalił, co napędzało wypływy z galaktyk. Wiatr gwiazdowy i wypływ w skali całej galaktyki nie są tym samym pomiarem.

Kolejne obserwacje widmowe i prace nad modelami pozwolą sprawdzić, czy tendencja do słabszych wiatrów się utrzymuje. Głębsze obserwacje Webba mogą pomóc ocenić kandydatów na gwiazdy III populacji, a dalsze pomiary gazu w odległych galaktykach — wyjaśnić, dokąd dotarły wykryte ciężkie pierwiastki.51013