Unga galaxer spred tunga grundämnen – men deras stjärnor kan ha haft svagare vindar

Hur hann de första galaxerna förändra sin omgivning så snabbt? Observationer med James Webb-teleskopet visar att gas i tre unga galaxer redan innehöll tunga grundämnen och rörde sig utåt. Hubbles TEMPOS-studie undersöker en annan del av frågan: hur massiva stjärnor beter sig när halten av sådana grundämnen är låg. Tillsammans ger resultaten bättre underlag för modeller av tidig galaxutveckling – men de utgör inte en färdig förklaring. 110

Gasen var inte längre orörd

De tre galaxerna ses som de var ungefär 520–650 miljoner år efter big bang. I deras gas finns bland annat kol, syre och kisel. Inom astronomin kallas alla grundämnen tyngre än helium för metaller. Att de redan fanns där betyder att tidigare stjärnor hade hunnit bilda dem och sprida dem vidare.

Tecken på att anrikad gas rörde sig ut från galaxerna tyder på att ett tidigt baryonkretslopp började ta form: gas förs in, bidrar till stjärnbildning och kan sedan delvis strömma ut igen. Ett observerat utflöde visar däremot inte att gasen senare återvände.

Fynden påverkar också sökandet efter population III-stjärnor, den första generationens stjärnor, som bildades utan metaller. Gasen som undersökts här är inte längre orörd. Eventuella kemiska spår efter de första stjärnorna är heller inte samma sak som att observera stjärnorna själva. Det gör direkt observerbara metallfria stjärnor mindre sannolika i just den undersökta gasen – inte omöjliga överallt.

Svaga vindar i närbelägna stjärnor

TEMPOS har sammanställt ultravioletta spektra för 29 massiva stjärnor av O-typ i sex närbelägna, metallfattiga dvärggalaxer. De första resultaten pekar på oväntat svaga stjärnvindar i miljöerna med lägst metallhalt. Nedgången kan bli brantare under omkring en tiondel av solens metallhalt än vad en jämn extrapolering förutsäger, men både gränsen och nedgångens storlek behöver prövas vidare. 161013

En stjärnvind är material som lämnar en stjärna. Den är inte samma sak som de utflöden av gas i hela galaxer som Webb observerar. Stjärnvindar kan ändå påverka hur massiva stjärnor utvecklas och hur de tillför material och energi till sin omgivning. TEMPOS testar därför en viktig del av modellerna – utan att direkt mäta stjärnorna i Webbs avlägsna galaxer eller visa vad som drev deras utflöden. 13

Syre berättar inte hela historien

Strålningsdrivna stjärnvindar påverkas av metalljoner i stjärnornas atmosfärer. TEMPOS visar variationer i järnets absorptionssignaler. Det gör det osäkert att alltid använda syrehalten i en galax gas som ersättning för den sammansättning som är relevant för dess stjärnor. Tidigare studier av mycket metallfattiga galaxer har också visat att mätningar av järn i stjärnor och syre i gas inte nödvändigtvis ger samma bild av grundämnesförhållandena. 346

För astronomernas modeller blir slutsatsen att osäkra antaganden om stjärnvindar och förhållandet mellan olika grundämnen behöver prövas tillsammans med inflöden, utflöden och kemisk anrikning. Det kan hjälpa forskarna att förstå de komplexa unga galaxer som Webb ser. Än så länge är det inte visat att de svagare stjärnvindarna förklarar dem. 1410