Nadmiar azotu w odległej galaktyce to potencjalny chemiczny ślad po pierwszych, supermasywnych gwiazdach Wszechświata. Najnowsze modele potwierdzają, że to właśnie gwiazdy III populacji mogły wzbogacić młody kosmos w ten sposób.
Od czasów pierwszych obserwacji kosmosu, astronomowie marzyli o wykryciu śladów gwiazd III populacji – najstarszych i najbardziej pierwotnych gwiazd, powstałych tuż po Wielkim Wybuchu. Te obiekty powstawały z niemal czystego gazu – wodoru, helu i śladowych ilości litu – i przez krótki czas świeciły z mocą setek lub nawet tysięcy Słońc. Po gwałtownych wybuchach supernowych wzbogaciły swoje otoczenie w cięższe pierwiastki.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) umożliwił spojrzenie na galaktyki, które istniały ledwie miliard lat po początku Wszechświata. Część z nich wykazuje zaskakujące właściwości chemiczne – szczególnie GS 3073, gdzie stosunek azotu do tlenu N/O jest tak wysoki, że wykracza poza możliwości zwykłych gwiazd obecnych dziś we Wszechświecie.
Zespół Devesha Nandala z Uniwersytetu Wirginii postanowił sprawdzić, czy wyjaśnienie przyniosą supermasywne gwiazdy III populacji: obiekty o masie z zakresu 1000 – 10 000 mas Słońca. Modele ewolucji takich gwiazd uwzględniające ich strukturę, cykle spalania, straty masy i wpływ wybuchów supernowych jasno pokazują, że tylko tak ogromne gwiazdy mogły wzbogacić galaktykę GS 3073 w ogromne ilości azotu, zachowując przy tym typowy skład innych pierwiastków.
Niższe masy okazały się niewystarczające, a jeszcze większe prowadziły do spadku zawartości tlenu. W efekcie GS 3073 stanowi pierwsze tak solidne chemiczne DNA gwiazd III populacji odkryte przy przesunięciu ku czerwieni z = 5,55 (czyli miliard lat po Wielkim Wybuchu).
Co jeszcze fascynujące, badacze przewidują, że JWST wkrótce odkryje więcej takich przypadków. Poszukiwania śladów azotowych w innych odległych galaktykach mogą ujawnić, jak szybko i na jaką skalę gwiazdy III populacji wpływały na ewolucję kosmosu. Otwiera to nową epokę w badaniach najwcześniejszych etapów kształtowania się gwiazd i galaktyk.
Każde kolejne odkrycie przybliża nas do zrozumienia, jak pierwsze gwiazdy budowały podwaliny dla chemicznej różnorodności całego Wszechświata.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Too Much Nitrogen Pops Open the Search for the Universe’s First Stars
- 1000–10,000 M⊙ Primordial Stars Created the Nitrogen Excess in GS 3073 at z = 5.55
Źródło: AAS
Na ilustracji: Wizja artystyczna formowania się gwiazd na bardzo wczesnym etapie istnienia Wszechświata. Powstające z pierwotnego gazu, supermasywne gwiazdy łączą się, tworząc pierwsze galaktyki Wszechświata. Źródło: Adolf Schaller dla STScI
