Що спостереження «Вебба» й «Габбла» розповідають про еволюцію ранніх галактик

Ранні галактики, схоже, встигли не лише утворити важкі елементи, а й поширити збагачений ними газ у своє оточення. Водночас нові спостереження близьких масивних зір ставлять під питання те, як астрономи розраховують їхній вплив на галактики молодого Всесвіту. Це дві частини однієї задачі, а не два вимірювання того самого явища. 110

Важкі елементи з’явилися рано

Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) дослідив три галактики, які ми бачимо такими, якими вони були приблизно через 520–650 мільйонів років після Великого вибуху. У їхньому газі є, зокрема, вуглець, кисень і кремній. Це означає, що попередні покоління зір уже встигли утворити ці елементи й розсіяти їх. Ознаки руху збагаченого газу назовні свідчать, що процес, у якому галактика отримує газ, формує з нього зорі та викидає частину речовини, почав складатися дуже рано. Астрономи називають його баріонним циклом. Сам по собі виявлений відтік не доводить, що газ згодом повернувся до галактики.

Це важливо й для пошуків зір населення III — першого покоління зір, яке виникло з речовини без важких елементів. Газ, у якому вже є вуглець, кисень чи кремній, не є первісним. Його хімічний склад може зберігати сліди найперших зір, але слід — не те саме, що безпосереднє виявлення зорі. Результати ускладнюють пошук досі спостережуваних зір населення III саме в дослідженому газі, але не виключають їхнього існування деінде.

Що перевіряє «Габбл»

Програма TEMPOS зібрала ультрафіолетові спектри 29 масивних зір O-типу в шести близьких карликових галактиках із низьким вмістом важких елементів. Перші результати вказують, що за найнижчого вмісту цих елементів зоряні вітри — потоки речовини із зір — слабші, ніж очікували. Можливо, нижче приблизно однієї десятої сонячного вмісту важких елементів вони слабшають різкіше, ніж передбачає плавне продовження звичної залежності. І поріг, і масштаб цього ефекту ще потребують перевірки. 161013

Зоряний вітер — не те саме, що відтік газу в масштабах цілої галактики, який досліджує «Вебб». Проте через вітер масивні зорі втрачають речовину й впливають на своє середовище. Якщо прийнята в моделях сила вітру неточна, прогнози розвитку молодих галактик теж можуть змінитися. TEMPOS дає змогу перевірити цю частину моделей на близьких зорях, але не вимірює безпосередньо зорі далеких галактик «Вебба» й не встановлює, що саме спричинило їхні газові відтоки. 13

Чому одного показника «металічності» замало

В астрономії металічністю називають вміст усіх елементів, важчих за водень і гелій. Випромінювання зорі передає імпульс іонам цих елементів у її атмосфері й таким чином підтримує зоряний вітер. TEMPOS виявив відмінності в поглинанні, пов’язаному із залізом. Це ускладнює поширений підхід, коли за вмістом кисню в газі галактики оцінюють склад її зір. Попередні дослідження надзвичайно бідних на важкі елементи галактик також показували, що вимірювання заліза в зорях і кисню в газі не обов’язково дають однакову картину співвідношення елементів. 346

Отже, щоб пояснювати складні галактики, які бачить «Вебб», моделям варто перевіряти різні припущення про слабкі зоряні вітри та співвідношення елементів — поряд із надходженням газу, його відтоком і хімічним збагаченням. Нові спостереження звужують коло можливих пояснень, але поки не доводять, що всі незвичні властивості ранніх галактик мають одну причину. 1410