Астрономы обнаружили, что в далеких галактиках со вспышками звездообразования и в области звездообразования в близлежащей галактике гораздо больше массивных звезд, чем в галактиках, темпы звездообразования в которых ниже. Эти данные плохо соответствуют текущим представлениям об эволюции галактик и требуют их пересмотра. Статьи опубликованы в журналах Nature и Science, кратко об этом рассказывается в пресс-релизе на сайте Европейской Южной обсерватории.
В галактиках со вспышками звездообразования скорость образования новых звезд может более чем в сто раз превосходить скорость этого процесса в Млечном Пути. В таких системах массивные звезды (с массами более 8-10 масс Солнца) генерируют мощные потоки ионизирующего излучения и вещества, а также ударные волны, взрываясь как сверхновые, что влияет на динамическую и химическую эволюцию галактики. Исследование распределения масс звезд в таких объектах путем построения начальной функции масс может рассказать нам как об их развитии, так и об их роли в эволюции Вселенной, например понять, как самые первые галактики со вспышкой звездообразования способствовали реионизации Вселенной.
Масса звезды определяет ее будущую эволюцию, чем больше масса, тем больше яркость звезды и тем меньше продолжительность ее жизни. Зная долю звезд различных масс, формирующихся в галактике, ученые могут понять ход ее эволюции на протяжении долгого времени, например оценка обилия различных химических элементов в галактике или количества зарождающихся черных дыр, образующихся при гравитационном коллапсе массивных звезд. Поэтому большое внимание было уделено пониманию того, является ли начальная функция масс универсальной для многих галактик или сильно зависит от их свойств. За последние несколько десятилетий появились доказательства того, что в областях интенсивного звездообразования наблюдаются более массивные звезды, чем ожидалось, однако это требовало уточнения.
Группа астрономов под руководством Чжиюй Чжана (Zhi-Yu Zhang) при помощи системы ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) определила долю массивных звезд в четырех далеких и богатых газом галактиках со вспышкой звездообразования. Астрономы определяли отношение содержания изотопов 18O и 13C в межзвездной среде галактик. Кислород, углерод и их стабильные изотопы образуются исключительно путем нуклеосинтеза в звездах. При этом изотоп 13С образуется, в основном, в звездах с низкой и средней массой (менее 8 масс Солнца), а 18О — в более массивных звездах. Эти изотопы после смерти звезды попадают в межзвездную среду, поэтому определение отношение их количества помогает построить начальную функцию масс. Другая группа под руководством Фабиана Шнайдера (Fabian Schneider) исследовала распределение звезд по массам и возрасту в огромной области звездообразования Тарантул в соседней с нами галактике Большом Магеллановом Облаке при помощи спектрографа FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph), установленного на телескопе VLT (Very Large Telescope) в Чили.
Ожидалось, что галактики, наблюдавшиеся в ранней Вселенной, будут иметь более примитивную картину звездообразования, чем галактики, наблюдаемые в местной Вселенной, так как у них было меньше времени для развития. Однако оказалось, что отношение изотопов 18O/13C для этих галактик в 10 раз больше, чем для Млечного Пути. Это значит, что в этих галактиках со вспышками звездообразования доля массивных звезд гораздо выше. В туманности Тарантул наблюдается похожая картина — звезд с массами более 30 и 60 масс Солнца оказалось гораздо больше, чем ожидалось. Эти результаты позволяют предположить, что верхний предел массы звезд может доходить до 150-300 масс Солнца и требуют пересмотра существующих космологических моделей и моделей образования популяций звезд в галактиках.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы показали полет вглубь звездной «колыбели» и нашли гнездо молодых галактик в паутине темной материи, а также как молекулярный ион CH+ поведал ученым о вспышках звездообразования в далеких галактиках.
Александр Войтюк