Więcej masywnych gwiazd niż dotychczas sądzono

Przeprowadzone przy pomocy interferometru ALMA oraz Bardzo Dużego Teleskopu badania wykazały, że zarówno galaktyki gwiazdotwórcze we wczesnym Wszechświecie, jak i obszary gwiazdotwórcze w pobliskich galaktykach zawierają znacznie większy odsetek masywnych gwiazd niż w przypadku bardziej spokojnych galaktyk. Otrzymane wyniki są niejako wyzwaniem dla obecnie obowiązujących teorii i uderzają w naszą dotychczasową wiedzę na temat ewolucji Wszechświata.

Zhi-Yu Zhang, astronom z University of Edinburgh stał na czele zespołu naukowców, który prowadził badania wczesnego Wszechświata z wykorzystaniem ALMA - największego na świecie interferometru radiowego. Celem zespołu było zbadanie proporcji masywnych gwiazd w czterech odległych, bogatych w gaz galaktykach gwiazdotwórczych. Galaktyki te obserwowane są w stadium, gdy Wszechświat był dużo młodszy niż obecnie.

Na potrzeby badań opracowana została zupełnie nowa technika - odpowiednik datowania radiowęglowego - do zmierzenia ilości różnych rodzajów tlenku węgla w badanych galaktykach gwiazdotwórczych. Naukowcy obserwowali stosunek dwóch rodzajów tlenku węgla zawierających różne izotopy.

Izotopy węgla i tlenu mają różne pochodzenie. Izotop tlenu o liczbie masowej 18 jest jest wytwarzany w większym stopniu w gwiazdach masywnych, a izotop węgla o liczbie masowej 13 w większym stopniu w gwiazdach o masie od niskiej do średniej. Dzięki nowej technice, zespół był w stanie określić masy gwiazd w badanych galaktykach.

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 historii Wszechświata. W rezultacie otrzymujemy najważniejsze informacje na temat pierwiastków chemicznych dostępnych do formowania nowych gwiazd i planet, a w końcu na temat liczby czarnych dziur, które mogą połączyć się w supermasywne czarne dziury obserwowane w centrach wielu galaktyk

Współautorka badań, Donatella Romano z INAF-Astrophysics and Space Science Observatory w Bolonii wyjaśnia, co dokładnie odkryto. Jak mówi, stosunek izotopów tlenu do izotopów węgla był około 10 razy większy w galaktykach gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie niż w galaktykach, takich jak Droga Mleczna, co oznacza że w tych pierwszych jest znacznie większa proporcja gwiazd masywnych.

Obserwowane przez ALMA galaktyki

Wyniki uzyskane dzięki interferometrowi 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. Naukowcy odkryli około 30% więcej gwiazd o masie ponad 30 razy większej niż Słońce niż oczekiwano, i około 70% więcej niż oczekiwano powyżej 60 mas Słońca. 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, tłumaczy Fabian Schneider.


Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe