Астрономы обнаружили переизбыток массивных звезд в галактиках со вспышками звездообразования

Открытие неожиданно большого количества массивных звезд в далеких и близлежащих галактиках со вспышками звездообразования ставит под сомнение современные представления об эволюции галактик, меняет понимание истории рождения звезд во Вселенной и представления об образовании химических элементов. Результаты исследования представлены в журнале Nature.

«Наши находки заставляют нас усомниться в правильности нашего понимания космической истории. Астрономам, занимающимся моделированием Вселенной, теперь придется немало поработать над еще большим усложнением своих моделей», – рассказывает Роб Айвисон, соавтор исследования из Европейской южной обсерватории.

Масса звезды является самым важным фактором, определяющим ее будущую эволюцию. Массивные светила сияют очень ярко и имеют маленькую продолжительность жизни, а менее массивные, такие как Солнце, обладают меньшей светимостью, но сохраняют ее на протяжении миллиардов лет. Таким образом, зная долю звезд различных масс, формирующихся в галактиках, астрономы могут проследить ход образования и эволюции звездных домов на протяжении всей истории Вселенной.

Эта информация также дает ключ к пониманию обилия химических элементов, имеющихся в наличии при образовании новых звезд и планет, и позволяет оценить количество зарождающихся черных дыр, которые могут постепенно накапливать массу в процессе поглощения окружающего вещества и превращаться в сверхмассивных монстров, наблюдаемых в центрах многих галактик.

В новом исследовании группа астрономов под руководством Чжиюй Чжана из Эдинбургского университета (Шотландия), изучая удаленные области Вселенной при помощи решетки радиотелескопов ALMA, измерила долю массивных звезд в четырех богатых газом галактиках со вспышками звездообразования. Эти объекты наблюдаются в эпоху, когда Вселенная была значительно моложе, чем сейчас, поэтому маловероятно, чтобы столь молодые галактики уже успели пройти много предшествующих этапов звездообразования.

Чжан и его группа разработали новую методику, аналогичную радиоуглеродному методу датировки по содержанию изотопа углерод-14 на Земле, для измерения обилия различных видов окиси углерода в четырех очень далеких и погруженных в пылевые оболочки галактиках со вспышками звездообразования. В итоге они смогли проникнуть за пылевую завесу, скрывающую их, и впервые оценить массы находящихся в них звезд.

«Изотопы углерода и кислорода имеют различное происхождение. ¹⁸O в большей степени образуется в массивных звездах, а ¹³C – в маломассивных и в звездах промежуточной массы», – объясняет Чжиюй Чжан.

Отношение изотопа ¹⁸O к ¹³C в наблюдавшихся астрономами галактиках ранней Вселенной со вспышками звездообразования оказалось примерно в 10 раз больше, чем в таких галактиках, как Млечный Путь. Это означает, что в доля массивных звезд в них гораздо выше.

Наблюдения на ALMA перекликаются с другим, более ранним исследованием, проведенным командой астрономов из Оксфордского университета (Великобритания). Спектроскопические измерения на Очень Большом Телескопе гигантской области звездообразования 30 Золотой Рыбы в Большом Магеллановом Облаке показали аналогичный результат.

«Звезд с массами более 30 солнечных мы нашли примерно на 30%, а с массами более 60 солнечных примерно на 70% больше, чем ожидали. Наши результаты ставят под сомнение ранее предсказанный предел в 150 солнечных масс для новорожденной звезды и позволяют предположить, что они могут иметь массы до 300 солнечных!» – заключил Фабиан Шнайдер, ведущий автор исследования, представленного 5 января 2018 года в журнале Science.