Что JWST и «Хаббл» рассказали о молодых галактиках

Вопрос о первых галактиках — не только о том, как быстро в них появились тяжёлые элементы, но и о том, что происходило с этим веществом дальше. Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) указывают на обогащённый газ, движущийся из молодых галактик в их окружение. А обзор TEMPOS на телескопе «Хаббл» проверяет свойства массивных звёзд в близких галактиках с низким содержанием тяжёлых элементов — свойства, которые нужны для моделей ранней Вселенной. Это взаимодополняющие наблюдения, а не измерение одного и того же явления. 110

Что обнаружил JWST

Три изученные галактики видны такими, какими они были примерно через 520–650 млн лет после Большого взрыва. В их газе присутствуют углерод, кислород и кремний. Значит, более ранние звёзды уже успели произвести тяжёлые элементы и рассеять их. Признаки движения обогащённого газа наружу показывают, что важная часть круговорота вещества — поступление газа, рождение звёзд и выброс части вещества обратно в окружающее пространство — складывалась очень рано. Но сам по себе выброс не доказывает, что газ впоследствии вернулся в галактику.

Это важно и для поисков звёзд населения III — предполагаемого первого поколения звёзд, возникших из вещества без тяжёлых элементов. Газ, в котором эти элементы уже найдены, нельзя назвать первичным. Возможные химические следы первых звёзд не равнозначны обнаружению самих звёзд. Вывод относится к газу, исследованному в этих наблюдениях: он не исключает существования первичного газа повсюду во Вселенной.

Зачем здесь наблюдения «Хаббла»

В рамках TEMPOS собраны ультрафиолетовые спектры 29 массивных звёзд спектрального класса O в шести близких карликовых галактиках, бедных тяжёлыми элементами. Первые результаты указывают на неожиданно слабые звёздные ветры. Возможно, при содержании тяжёлых элементов ниже примерно одной десятой солнечного они ослабевают резче, чем предсказывает плавное продолжение привычной зависимости. И порог, и величину эффекта ещё предстоит уточнить. 161013

Звёздный ветер — поток вещества с поверхности звезды. Это не тот же процесс, что движение газа в масштабе галактики, замеченное JWST. Однако ветры влияют на потерю массы звёздами и передачу вещества окружающему газу. Поэтому их реальная сила важна для расчётов развития молодых галактик. TEMPOS проверяет один из параметров таких расчётов на близких объектах, но не измеряет ветры звёзд в далёких галактиках JWST и не устанавливает причину наблюдаемых там выбросов. 13

Почему одного показателя «металличности» мало

В астрономии металличностью называют содержание всех элементов тяжелее водорода и гелия. Ветры массивных звёзд связаны с воздействием излучения на ионы тяжёлых элементов в их атмосферах. TEMPOS выявил различия в поглощении, связанном с железом. Это осложняет распространённый приём: оценивать состав звёзд, важный для расчёта ветров, по содержанию кислорода в газе галактики. Предыдущие исследования крайне бедных тяжёлыми элементами галактик тоже показали, что измерения железа в звёздах и кислорода в газе могут указывать на разные соотношения элементов. 346

Теперь моделям предстоит одновременно учитывать неопределённость в силе звёздных ветров при низкой металличности, соотношения отдельных элементов и движение газа в галактиках. Эти данные сужают круг возможных объяснений неожиданно сложного облика ранних галактик, который показывает JWST, но пока не дают единственного доказанного сценария их развития. 1410