Ранние галактики теряли тяжёлые элементы — хотя ветры их звёзд могли быть слабее ожидаемого

Как тяжёлые элементы, созданные звёздами, попадали в газ вокруг первых галактик? Новые наблюдения дают два фрагмента ответа — и не позволяют пока сложить их в единую причинно-следственную цепочку. Программа SPURS на космическом телескопе «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружила признаки оттока газа из трёх далёких галактик. Обзор TEMPOS на «Хаббле» изучил ветры массивных звёзд в близких галактиках, бедных тяжёлыми элементами. Это аналоги условий ранней Вселенной, а не прямые наблюдения её первых звёзд.45

Что обнаружил JWST в ранних галактиках

Три галактики SPURS имеют красное смещение 7,2–9,3: их свет пришёл к нам из очень ранней эпохи. В ультрафиолетовой части их спектров видны линии поглощения тяжёлых элементов в нескольких состояниях ионизации. Эти линии смещены в синюю сторону относительно самих галактик — признак того, что содержащий тяжёлые элементы газ движется наружу, в том числе в направлении наблюдателя.

Это свидетельство раннего оттока, но не доказательство того, что газ покинул галактики и достиг межгалактического пространства. По одним лишь линиям поглощения нельзя определить, как далеко он в итоге ушёл.

От этого зависит и поиск звёзд населения III — звёзд, которые должны были возникать из практически лишённого тяжёлых элементов газа. Если оттоки успевали обогащать соседние области звездообразования, подходящих мест для появления таких звёзд могло становиться меньше. Но наблюдения SPURS не означают, что обогащение охватило всё пространство: участки почти первозданного газа могли сохраняться.13

Почему удивили звёздные ветры

TEMPOS использовал ультрафиолетовые наблюдения «Хаббла», чтобы исследовать 29 массивных звёзд в шести близких карликовых галактиках с низким содержанием тяжёлых элементов. Их ветры оказались неожиданно слабыми. Результаты также допускают, что ниже примерно одной десятой солнечного содержания тяжёлых элементов сила ветра перестаёт следовать простой экстраполяции зависимости, полученной для более богатых ими звёзд. Пока это предварительный вывод, а не установленный закон.4510

Физическая связь здесь понятна: ионы тяжёлых элементов помогают излучению передавать импульс веществу в атмосфере массивной звезды и уносить его прочь. Если ветер слабее, звезда за свою жизнь теряет меньше массы.3 Однако результаты исследований не полностью совпадают: более ранняя работа по 11 звёздам O-типа тоже выявила очень слабые ветры, но сочла их согласующимися с продолжением известных тенденций. Поэтому важно сопоставить выборки и методы моделирования.15

Что это меняет для моделей

Если вывод TEMPOS подтвердится на более широкой выборке, массивные звёзды могут сохранять к концу жизни больше вещества, чем предполагают некоторые модели. Тогда придётся уточнять прогнозы их гибели — взрывов и образования компактных остатков, — а также оценивать, сколько энергии и вещества они возвращают в газ, из которого формируются следующие поколения звёзд.34

Ни одно исследование не измерило всю эту цепочку напрямую: TEMPOS не наблюдал гибель изученных звёзд, а SPURS не установил, что именно запустило отток из галактик. Ветер отдельной звезды и отток газа в масштабе галактики — связанные, но разные явления. Дальнейшие спектральные наблюдения и моделирование помогут проверить зависимость ветра от химического состава; более глубокие наблюдения JWST — оценить кандидатов в звёзды населения III и выяснить, куда перемещались тяжёлые элементы ранних галактик.51013