Příliš mnoho hmotných hvězd v nejmladších galaxiích vesmíru

Nová metoda měření tvorby hvězd v nejstarších galaxiích zjistila, že produkují hmotnější hvězdy, než se očekávalo. Výsledek, který by mohl ovlivnit naše chápání toho, jak galaxie rostou jejich hvězdy.

Před několika měsíci společnost Sky & Telescope informovala o studii blízké oblasti tvořící hvězdy (30 Doradus), která tvořila nečekaný počet hmotných hvězd. Region může dokonce obsahovat hvězdy s až 300krát větší hmotností Slunce, ale to nebylo skutečné překvapení.

Astronomové si mysleli, že stejné základní procesy by měly utvářet formaci hvězd bez ohledu na to, kde k nim dochází, což má za následek stejný relativní počet hvězd všude. Pokud by se ukázalo, že to není pravda a zdálo by se, že 30 Doradus dokazuje výjimku, astronomové by museli přehodnotit vše, od toho, jak klasifikují galaxie, jak rychle vesmír formoval své hvězdy.

Mlhovina Tarantula ve Velkém Magellanově mračnu je jednou z největších oblastí vytvářejících hvězdy v místní skupině galaxií. Měření ukázala, že by mohla vytvářet hmotnější hvězdy, než se očekávalo.
NASA / ESA / D. Lennon / E. Sabbi (STSCI) et al.

Je však obtížné dospět k takovým závěrům na základě jediné oblasti tvořící hvězdy, bez ohledu na to, jak dobře bylo studováno. Nyní se objevuje nová práce objevující se v přírodě, která potvrzuje, že tvorba hvězd nezávisí na základních procesech, ale na prostředí. Astronomové možná budou muset přece jen přehodnotit.

Čtyři vzdálené hvězdice

Zaměření v této studii se zaměřuje na čtyři galaxie, jejichž světlo trvalo více než 10 miliard let, než cestovalo na Zemi. Tyto galaxie praskají hvězdami, ale jsou také prašné, což je činí imunními vůči metodám vyžadujícím ultrafialové, viditelné nebo infračervené světlo. Místo toho Zhi-Yu Zhang (University of Edinburgh, Velká Británie a Evropská jižní observatoř, Německo) a jeho kolegové trénovali Atacama Millimeter / submillimeter Array (ALMA) na tyto galaxie, hledali emise související s oxidem uhelnatým, signál vázaný na galaxii historie formace hvězd.

Neuvěřitelná rozlišovací schopnost ALMA obdržela pomocnou ruku ve formě gravitačních čoček: galaxie v popředí byly vyrovnány právě tak. Jejich gravitace fungovala jako kosmická čočka pro zvětšení světla z těchto vzdálených hvězdných výbuchů.

Emise ALMA zobrazovaly emise z 13 CO (horní) a C 18 O (dolní) molekuly ve čtyřech vzdálených hvězdicových galaxiích. Poměr těchto dvou izotopologů umožnil astronomům určit, že tyto hvězdice galaxií mají nadbytek hmotných hvězd.
ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Zhang a kol.

Vědci měřili dva izotopology oxidu uhelnatého: 13 CO a C 18 O. 13 C (který obsahuje jeden více neutronů než obyčejných atomů uhlíku) je uvolňován hvězdami všech hmot, zatímco 18 O (který obsahuje dva další neutrony ve srovnání s běžnými atomy kyslíku) uvolňují pouze hmotnější hvězdy. Protože hmotnější hvězdy žijí krátký život, měření množství 13 CO a C 18 O slouží jako fosilní záznam o tom, kolik hmotných hvězd se vytvořilo ve srovnání s hvězdami o nízké hmotnosti.

Podpis je imunní vůči tomu, co autoři studie popisují jako „škodlivé“ účinky prachu. Autoři ale také uznávají, že měření je způsob, jak se k problému dostat.

Je to proto, že pozorují molekuly oxidu uhelnatého, které se vznášejí v plynu mezi hvězdami, namísto měření záření samotných hvězd. Takže ve skutečnosti zkoumají celou historii formování hvězd v galaxii. Je pravda, že galaxie v raném vesmíru mají kratší historii, a tedy kratší dobu na zmatení účinků, které komplikují měření, ale jak zdůrazňuje Kevin Covey (Západní Washingtonská univerzita), je to stále možné.

Dojem tohoto umělce ukazuje zaprášenou galaxii ve vzdáleném vesmíru. Nová pozorování ALMA umožnila vědcům zvednout závoj prachu a vidět, co bylo dříve nepřístupné - že takové hvězdné galaxie mají ve srovnání s mírumilovnějšími galaxiemi nadbytek hmotných hvězd.
ESO / M. Kornmessere

Předefinování Kosmického poledne

Pokud měření vydrží, pak to, co nazýváme „hvězdice“ galaxií v časném vesmíru, ve skutečnosti nevytváří tolik hvězd, kolik jsme si mysleli. Většina hvězd má méně než hmota Slunce, ale zdá se, že tyto mladé galaxie vylévají více své energie na výrobu hmotnějších hvězd. To znamená, že jiné metody odhadu rychlosti tvorby hvězd mohou být špatné. Ve skutečnosti by naše celé chápání vesmírné formace hvězd - které si astronomové v současné době myslí, že je vrcholem, když byl vesmír zhruba 4 miliardy let - mohlo být špatné.

Kromě hlubokých důsledků má Zhang tým způsoby, jak přesvědčit všechny své kolegy. Ale oni teprve začínají: Zhang říká, že již připravuje systematičtější průzkumy, které budou zahrnovat blízké galaxie a několik stop hvězdných formací.