Телескоп Джеймса Вебба розкриває таємниці космічних "фабрик", що заповнили ранній всесвіт зоряним пилом

Телескоп Джеймса Вебба (JWST) відкрив нові подробиці про ранні галактики, які заповнювали молодий космос пилом, що став критично важливим для утворення нових зірок і розвитку галактик.

Попри те, що JWST має значну потужність для спостереження за багатьма з цих ранніх галактик, його можливості детального вивчення залишаються обмеженими. Тому команда дослідників вирішила зосередитися на більш близькій і сучасній галактиці, яка має багато характеристик, схожих на перші галактики всесвіту.

Оскільки безпосереднє вивчення галактик раннього всесвіту є складним, дослідники звернули увагу на карликову галактику, що знаходиться всього в 4,6 мільйонах світлових років від нас.

"Безпосереднє вивчення галактик, які населяли ранній всесвіт, досі є дуже складним, тому спостереження за близькою галактикою, такою як Секстанс А, яка має подібні хімічні умови, дає нам унікальну можливість зрозуміти, як еволюціонували перші покоління зірок і яку роль вони відіграли в перетворенні міжзоряного середовища," - зазначив керівник команди Клаудіо Гаветті з Національного інституту астрофізики (INAF).

Як Секстанс А імітує стародавні галактики?

Ранній всесвіт відзначався бідністю у хімічному складі. Переважали легкі елементи, такі як водень, з невеликою кількістю гелію та важких елементів, або металів. Це призвело до того, що перше покоління зірок, відомих як зірки POP III, були бідні на метали.

Протягом свого життя зірки POP III зливали водень і гелій у своїх ядрах, створюючи важчі елементи. Коли ці зірки закінчували своє життя, вони вибухали в суперновах, розкидаючи ці метали по міжзоряному середовищу, що складається з величезних хмар пилу та газу між зірками.

Згодом щільні та холодні ділянки в цих хмарах піддавалися гравітаційним колапсам, народжуючи наступне покоління зірок, зірки POP II, які завдяки суперновим своїх попередників були багатшими на метали.

Наше Сонце класифікується як зірка POP I, що означає, що воно ще багатше на метали, ніж ці зірки другого покоління. Проте не всі сучасні галактики настільки багаті на метали; це особливо стосується карликових галактик, таких як Секстанс А, яка знаходиться на краю нашого космічного сусідства, відомого як "локальна група".

Секстанс А настільки бідна на метали, що, за оцінками, вона містить лише від 1% до 7% важких елементів, які є в Сонці. Це робить її чудовим об'єктом для вивчення ранніх галактик з низьким вмістом металів.

Використовуючи інструменти NIRCam (Near-InfraRed Camera) та MIRI (Mid-Infrared Instrument) телескопа JWST, Гаветті та його колеги отримали високоякісні спостереження Секстанс А, що дозволило їм картографувати всю популяцію зірок карликової галактики під час еволюційної фази, відомої як "асимптотична червона гігантська гілка".

Ця фаза відбувається, коли зірки, що перевищують масу Сонця, вичерпують гелій у своїх ядрах, створюючи інертне вуглецеве ядро, але ядерний синтез продовжується в зовнішніх шарах, де по черзі відбувається згорання гелію та водню. Внаслідок цього ці зірки "надуваються" і можуть збільшувати яскравість у тисячі разів.

Результати команди показали, що близько 90% зірок на асимптотичній червоній гігантській гілці, які вони вивчали, не були оточені оболонками пилу. Проте близько 20 з цих зірок були вмонтовані в товсті оболонки пилу. Вони також виявили, що ці "фабрики пилу" утворилися між 2 і 3 мільярдами років тому від зірок з початковою масою приблизно в 1,5 рази більшою за масу Сонця.

Це дослідження є важливим кроком вперед у розумінні того, які зірки в ранньому всесвіті, ймовірно, створювали металевий пил, який збагачував наступні покоління зірок. Це допомагає створити повну картину того, як всесвіт, який ми спостерігаємо сьогодні, сформувався.

Вчені, що стоять за цим дослідженням, стверджують, що такого роду дослідження були б неможливими до запуску телескопа Вебба.

"JWST дозволяє нам спостерігати в небаченій деталізації середовища, які до нещодавнього часу були поза нашими можливостями," - зазначила учасниця команди Флавія Дель'Аглі з INAF. "Цінність цих даних полягає не лише в зображеннях, але й у можливості порівнювати їх з теоретичними моделями та перевіряти, наскільки коректно вони описують еволюцію зірок."

Дослідження команди було опубліковане в понеділок (20 липня) у журналі The Astrophysical Journal.