У масивних світил, що сформувалися у бідному на важкі елементи середовищі, потік речовини з поверхні слабшає значно різкіше, ніж передбачали астрономи. Це показали спостереження космічного телескопа Hubble за найближчими аналогами зір раннього Всесвіту. Водночас виявилося, що частка заліза в цих об’єктах не завжди відповідає стандартним непрямим оцінкам. Обидва результати допоможуть зрозуміти, чому перші галактики на знімках James Webb здаються такими незвичними.
Різкий спад швидкості
Металічністю астрономи називають вміст елементів, важчих за водень і гелій. Від неї залежить сила зоряного вітру, тобто потоку речовини, що постійно відтікає з поверхні масивного світила. Іони металів поглинають випромінювання й розганяють газ, тому за нижчої металічності вітер має бути слабшим.
Загальну тенденцію спостереження підтвердили, проте з несподіванкою. Коли металічність опускалася нижче приблизно 10 % від сонячної, максимальна швидкість вітру падала набагато різкіше, ніж підказували дані для багатших на важкі елементи зір. За повідомленням Університету Юти, після плавної залежності в найбідніших світил настає обрив. Провідна авторка роботи Грейс Телфорд, доцентка кафедри фізики й астрономії цього закладу, назвала знахідку приємним сюрпризом.
Слабший вітер мав би означати, що до кінця свого існування об’єкт зберігає більше початкової маси. Це змінює подальший розвиток зорі, характер вибуху наднової та вплив на газ галактики. Цей показник команда ще тільки планує виміряти.
Сусідні карликові галактики
На світанку Всесвіту важких елементів було значно менше, ніж сьогодні в Чумацькому Шляху. Тому масивні зорі поблизу Сонця погано підходять як зразок, а аналоги довелося шукати серед сусідніх карликових галактик. Програма Скарбниця надзвичайно бідних на метали зір класу O (TEMPOS) охопила 29 масивних об’єктів у шести таких системах із металічністю, нижчою за п’яту частину сонячної.
Спектри отримали в ультрафіолетовому діапазоні за допомогою Спектрографа космічних витоків (COS) телескопа Hubble. Кожне із цих світил дуже тьмяне через відстань, тож на одне доводилося витрачати до 35 годин спостережного часу, майже півтори доби безперервної експозиції. Нові дані для 12 із них поєднали з архівними в єдиний однорідний набір.
Залізо та кисень
Від заліза залежать запуск зоряного вітру, еволюція масивного світила і сам вибух наднової. Проте в бідних на метали середовищах виміряти його частку надзвичайно складно.
Тому астрономи зазвичай оцінюють металічність за киснем у міжзоряному газі, бо його емісійні лінії яскраві й легко помітні. Кількість заліза при цьому вважають пропорційною, хоча такої відповідності ніхто не гарантує.
Команда виміряла ледь помітне поглинання заліза в ультрафіолетових спектрах. У галактиках, багатших на кисень, воно виявилося набагато сильнішим, а розкид значень свідчить про суттєві відмінності у вмісті заліза між зорями з низькою металічністю. Роботу опублікували 21 вересня в рецензованому журналі The Astrophysical Journal Supplement Series.
Підказка для моделей
За допомогою телескопа James Webb у ранніх галактиках помітили чимало несподіваних властивостей. Як пише Universe Today, для інтерпретації цих даних потрібні точні моделі масивних зір, адже саме вони нагрівають газ і регулюють, скільки його залишиться для формування нових світил.
Раніше Грейс Телфорд детально розрахувала параметри лише трьох об’єктів з нинішньої вибірки. На такій кількості жодних закономірностей не видно, тож TEMPOS стала найсерйознішою спробою зібрати достатню статистику.
Слабкі вітри при низькій металічності вже фігурували в поясненні гравітаційно-хвильових спостережень. Детектори обсерваторії LIGO 2015 року зареєстрували злиття чорних дір приблизно у 36 і 29 разів важчих за Сонце. Такі великі маси теоретики пояснювали попередниками з бідних на метали середовищ, де слабкий вітер не дав зорям розтратити речовину.
Наступний крок
Тепер дослідники поєднують ультрафіолетові спектри Hubble з результатами обсерваторії Кека на Гаваях у видимому світлі. Спільна обробка покаже хімічний склад зір і темпи втрати маси через вітер.
Увесь набір TEMPOS стане загальнодоступним в Архіві космічних телескопів імені Барбари Мікульскі. Чи працює цей механізм у ранніх галактиках, доведеться перевіряти моделям, які будують для даних James Webb.
