Za dużo masywnych gwiazd w bliskich i dalekich galaktykach gwiazdotwórczych
Astronomowie korzystający z teleskopów ALMA i VLT odkryli, że zarówno galaktyki gwiazdotwórcze we wczesnym wszechświecie, jak i obszary gwiazdotwórcze w pobliskich galaktykach zawierają znacznie większą proporcję masywnych gwiazd niż w przypadku bardziej spokojnych galaktyk. Wyniki te są wyzwaniem dla obecnych teorii na temat ewolucji galaktyk i zmieniają nasze zrozumienie kosmicznej historii powstawania gwiazd oraz tworzenia pierwiastków.
Zespół naukowców, którym kierował Zhi-Yu Zhang, astronom z University of Edinburgh, zbadał odległy Wszechświat przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), aby to sprawdzić proporcje ilości masywnych gwiazd w czterech dalekich, bogatych w gaz galaktykach gwiazdotwórczych. Galaktyki te widzimy w stadium, gdy Wszechświat był dużo młodszy niż obecnie, więc takie niemowlęce galaktyki raczej nie powinny przejście wielu poprzednich okresów formowania gwiazd, które mogłyby zaburzyć wyniki.
Zhang i jego zespół opracowali nową technikę — odpowiednik datowania radiowęglowego (znanego także jako metoda datowania węglem C-14) — do zmierzenia ilości różnych rodzajów tlenku węgla w czterech bardzo dalekich, wypełnionych pyłem, galaktykach gwiazdotwórczych. Naukowcy obserwowali stosunek dwóch rodzajów tlenu węgla zawierających różne izotopy.
- Izotopy węgla i tlenu mają różne pochodzenie. 18O jest produkowany bardziej w gwiazdach masywnych, a 13C bardziej w gwiazdach o masach małych i średnich." Dzięki nowej technice zespół był wstanie spojrzeć przez pył w galaktykach i po raz pierwszy ocenić masy ich gwiazd - powiedział Zhang.
Masa gwiazdy jest najważniejszym czynnikiem determinującym sposób w jaki ewoluuje. Gwiazdy masywne świecą jasno i mają krótkie życie, a mniej masywne, takie jak Słońce, świecą bardziej umiarkowanie przez miliardy lat. Znajomość proporcji gwiazd o różnych masach, które formują się w galaktykach, pomaga astronomom w zrozumieniu powstawania i ewolucji galaktyk w trakcie historii Wszechświata. W konsekwencji, daje to kluczowy wgląd w pierwiastki chemiczne dostępne do powstawania nowych gwiazd i planet, a w końcu także w liczbę czarnych dziur, które mogą łączyć się, aby utworzyć supermasywne czarne dziury, które obserwujemy w centrach wielu galaktyk.
Współautorka Donatella Romano z INAF-Astrophysics and Space Science Observatory w Bolonii wyjaśnia co takiego znaleziono:
- Stosunek 18O do 13C był około 10 razy większy w galaktykach gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie niż jest w galaktykach takich jak Droga Mleczna, co oznacza że w tych pierwszych jest znacznie większa proporcja gwiazd masywnych."
Wyniki z ALMA są zgodne z innym odkryciem w lokalnym wszechświecie. Zespół, którym kierował Fabian Schneider z University of Oxford (Wielka Brytania), wykonał spektroskopowe pomiary przy pomocy należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), które objęły 800 gwiazd w gigantycznym obszarze gwiadzotwórczym 30 Doradus w Wielkim Obłoku Magellana, aby sprawdzić całkowity rozkład wieku gwiazd i ich początkowych mas.
- Znaleźliśmy około 30 proc. więcej gwiazd o masach ponad 30 razy większych niż masa Słońca, niż się spodziewano, oraz około 70 proc. więcej niż oczekiwano o masach przekraczających 60 mas Słońca. Nasze wyniki stanowią wyzwanie dla wcześniej przewidywanego limitu 150 mas Słońca jako maksymalnej masy w trakcie narodzin gwiazd, a nawet sugerują, że gwiazdy mogą rodzić się z masami do 300 mas Słońca! - powiedział Schneider.
