Astronomowie zbadali kilkadziesiąt masywnych gwiazd w galaktykach będących odpowiednikami galaktyk z wczesnego Wszechświata, czyli mających bardzo małą zawartość ciężkich pierwiastków (zwanych w astronomii metalami) – informuje amerykański Uniwersytet Utah.

Galaktyki we wczesnym Wszechświecie są dziwne, jeśli patrzymy na nie z perspektywy galaktyk z naszych czasów, czyli w naszym bliskim kosmicznym otoczeniu. Aby lepiej poznać ich ewolucje, astronomowie paradoksalnie zajęli się obserwacjami gwiazd w bliskich na galaktykach.

Naukowcy przeprowadzili przegląd nieba o nazwie Treasury of Extremely Metal-Poor O Stars (TEMPOS), przy pomocy obserwacji w ultrafiolecie instrumentem Cosmic Origins Spectrograph (COS), pracującym na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST). Wzięto na cel masywne gwiazdy w pobliskich galaktykach, ale wybranych tak, aby były jak najbardziej podobne do galaktyk z wczesnego Wszechświata. Czyli aby miały ekstremalnie mało metali. W terminologii astronomicznej metale oznaczają pierwiastki cięższe niż wodór i hel (inaczej niż terminologii chemicznej lub w potocznym rozumieniu).

Łącznie zbadano 29 masywnych gwiazd w sześciu pobliskich galaktykach karłowatych o niskich metalicznościach. Na każdy z obiektów przeznaczono do 35 godzin czasu obserwacyjnego Teleskopu Hubble’a.

Masywne gwiazdy, czyli takie o masach ponad 10 razy większy niż masa Słońca, są rzadkie, ale mają kluczowe znaczenie dla ewolucji galaktyk. Wytwarzają potężne promieniowanie, a także rozprzestrzeniają materię poprzez silne wiatry gwiazdowe oraz wybuchy jako supernowe. Masywne gwiazdy są gorące i jasne, żyją krótko i kończą swoje życie wybuchowo.

Wiadomo, że masywne gwiazdy mają silne wiatry gwiazdowe, czyli strumienie cząstek z zewnętrznych warstw gwiazdy. Siła wiatru zależy od metaliczności. Jony metali łączą promieniowanie gwiazdy z otaczającą materią, dlatego gdy zawartość metali jest mniejsza, astronomowie spodziewają się słabszych wiatrów i mniejszej utraty masy w ten sposób przez gwiazdę.

Obserwacje z projektu TEMPOS potwierdziły ten ogólny trend: gdy metaliczność spada, spada też maksymalna prędkość wiatru. Jednak pojawiła się niespodzianka: dla gwiazd o meliczności poniżej 10 proc. wartości dla Słońca spadek prędkości jest znacznie gwałtowniejszy niż się spodziewano.,

Skoro masywna gwiazda o ekstremalnie małej zawartości metali (czyli taka, jak we wczesnym Wszechświecie) traci mniej masy poprzez słabszy wiatr gwiazdowy, wpływa to na jej ewolucję, a w konsekwencji też na ewolucję galaktyki.

Najbardziej istotnym pierwiastkiem może być w tym przypadku żelazo. Odgrywa ono kluczową rolę w napędzaniu wiatrów gwiazdowych oraz w procesach prowadzących do wybuchu supernowej.

Jednak zawartość żelaza jest trudno zmierzyć w środowiskach ubogich w metale. Zamiast tego astronomowie mierzą obfitość tlenu w gazie galaktycznym, aby na tej podstawie oszacować obfitość żelaza. Dzieje się tak dlatego, że jony tlenu wytwarzają jasne linie emisyjne, gdy są oświetlane przez promieniowanie gwiazdy.

W przeglądzie TEMPOS zmierzono bezpośrednio struktury absorpcyjne żelaza w ultrafiolecie. Okazało się, że w bogatych w tlen galaktykach (czyli o dużej metaliczności) masywne gwiazdy mają znacznie silniejsze absorpcje żelaza w ultrafiolecie niż w przypadku galaktyk ubogich w tlen (czyli tych o małej zawartości metali). Po raz pierwszy naukowcy mają takie dane statystyczne dla dużej próbki gwiazd w sześciu galaktykach o różnym składzie chemicznym. To pozwoli lepiej dostosować modele wpływu masywnych gwiazd na ewolucję galaktyk.

Wyniki przeglądu TEMPOS opublikowano w „Astrophysical Journal Suplement Series”. (PAP)

cza/ agt/