Астрономи з допомогою телескопів ALMA і VLT виявили, що галактики з активним зореутворенням в ранньому Всесвіті, а також райони утворення зір в сусідній з нами галактиці, містять значно більшу частку масивних зір, ніж спокійні галактики. Ці висновки суперечать наявним уявленням про еволюцію галактик, змінюючи наше розуміння процесу формування зір та утворення хімічних елементів.
Досліджуючи далекий Всесвіт, команда науковців, яку очолює астроном Університету Единбурга Чжи Ю Чжан (Zhi-Yu Zhang), використовувала Велику міліметрову/ субміліметрову антену Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA), щоб встановити частку масивних зір в чотирьох далеких і багатих газом галактиках з активним зореутворенням [1]. Ці галактики ми спостерігаємо в епоху, коли Всесвіт був значно молодшим, ніж зараз. І тому малоймовірно, щоб молоді галактики мали багато попередніх епізодів утворення зір (в іншому випадку це могло б заплутати спостережувані результати).
Уявлення художника про галактику з великим вмістом пилу в далекому Всесвіті, яка утворює зорі швидше, ніж наш Молочний Шлях. Нові спостереження з допомогою ALMA дозволили науковцям підняти завісу пилу і побачити те, що раніше було недоступним — ці галактики з активним зореутворенням мають надлишок масивних зір, як порівняти зі спокійними галактиками. Фото з сайту www.eso.org.
Чжан і його команда розробили нову техніку — аналогічну радіовуглецевому методу (визначення віку матеріалів за вмістом в них 14С) — для визначення вмісту різних видів монооксиду вуглецю в чотирьох дуже далеких заповнених пилом галактиках з активним зореутворенням [2]. Науковці спостерігали співвідношення двох типів монооксиду вуглецю, що містять різні ізотопи [3].
«Ізотопи вуглецю та кисню мають різне походження», — пояснив Чжан. «18О виникає здебільшого в масивних зорях, а 13С — ще й в зорях з низькою і середньою масою». Завдяки новій техніці команда зуміла «пробитися» крізь пил у цих галактиках і вперше оцінити маси їхніх зір.
На світлині показано чотири віддалені галактики з активним зореутворенням, які спостерігали з допомогою ALMA. Зображення вгорі показують викид 13CO з кожної галактики, а нижні — емісію С18О. Співвідношення цих двох ізотопологів дозволило астрономам визначити, що ці галактики мають надлишок масивних зір.
Фото з сайту www.eso.org.
Маса зорі — найважливіший чинник, що визначає, як буде розвиватися зоря. Масивні зорі яскраво сяють і мають коротке життя, а менш масивні, такі як Сонце, сяють скромніше протягом мільярдів років. Отже, знаючи співвідношення зір різних мас, що утворюються в галактиках, астрономи можуть зрозуміти появу та еволюцію галактик протягом усієї історії Всесвіту. Це дає нам визначальне уявлення про хімічні елементи, з яких утворюються нові зорі і планети. А також, зрештою, про кількість чорних дір, що можуть злитися, щоб сформувати надмасивні чорні діри, які ми спостерігаємо в центрах багатьох галактик.
Співавтор Донателла Романо (Donatella Romano) з обсерваторії в Болоньї (входить до складу італійського національного Інституту астрофізики — Ред.) пояснює, що знайшла команда: «Відношення 18O до 13C у 10 разів вище в галактиках з активним зореутворенням у ранньому Всесвіті, ніж в таких галактиках, як Молочний Шлях. Це означає, що вони містять є значно більшу частку масивних зір».
Знахідку ALMA підтверджує ще одне відкриття в локальному Всесвіті. Науковці, яких очолював Фабіан Шнайдер (Fabian Schneider) з Оксфордського університету (Великобританія), виконали з допомогою Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії спектроскопічні вимірювання 800 зір у величезному районі зореутворення 30 Doradus (туманність Тарантул в сузір’ї Золотої Риби) у Великій Магеллановій Хмарі. Вони вивчали загальний розподіл віку зір та їхньої початкової маси [4].
Шнайдер пояснив: «Ми знайшли приблизно на 30% більше зір, маси яких у понад 30 разів перевищують очікувані, і приблизно на 70% більше, ніж очікувалося, з масами понад 60 мас Сонця. Наші результати заперечують раніше передбачену межу в 150 сонячних мас для максимальної маси новонароджених зір і навіть припускають, що такі зорі можуть мати масу до 300 мас Сонця!»
Роб Івісон (Rob Ivison), співавтор нового дослідження, підсумовує: «Наші висновки вказують нам на питання розуміння космічної історії. Тепер астрономи, які будують моделі Всесвіту, повинні повернутися до своїх розрахунків з ще більшою витонченістю».
Примітки
[1] Галактики з активним зореутворенням (Starburst galaxies) — це галактики, що у процесі еволюції мають етап, коли в них утворюється дуже багато зір. Швидкість формування зір в таких галактиках може бути в 100 і більше разів більшою, ніж в нашій галактиці Молочний Шлях. Масивні зорі в цих галактиках утворюють іонізуюче випромінювання і зоряні вітри, а також спалахують як Наднові, що суттєво впливає на динамічну та хімічну еволюцію середовища навколо них. Вивчення розподілу зір за їхньою масою в цих галактиках може розповісти нам більше про еволюцію нашої галактики, а також про еволюцію Всесвіту в цілому.
[2] Радіовуглецевий метод використовують для визначення віку об’єкта, який містить органічний матеріал. Вимірюючи кількість радіоактивного ізотопа 14C, що постійно зменшується, можна підрахувати, коли загинула тварина чи рослина. Ізотопи, використані в дослідженні ALMA, 13C та 18O, є стабільними і їх кількість постійно зростає упродовж життя галактики, адже вони виникають під час реакцій термоядерного синтезу всередині зір.
[3] Ці різні форми молекули називаються ізотопологами. Вони різняться кількістю нейтронів, яку можуть мати. Молекули монооксиду вуглецю, використані дослідниками, є прикладом такого виду молекул, оскільки стабільний ізотоп вуглецю може містити 12 або 13 нуклонів у своєму ядрі, а стабільний ізотоп кисню може мати 16, 17 або 18 нуклонів.
[4] Шнайдер та його співавтори виконали спектроскопічні спостереження окремих зір в 30 Doradus, ділянці зореутворення в сусідній з Молочним Шляхом Великій Магеллановій Хмарі, за допомогою волоконно-масивного мультиелементного спектрографа (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph, FLAMES) на Дуже великому телескопі (Very Large Telescope, VLT). Це досить ретельне дослідження стало одним з перших, яке показало — у Всесвіті можуть виникати ділянки зореутворення з різними розподілами за масою, ніж в Молочному Шляху.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
