Телескоп Джеймса Уэбба раскрывает тайны космических 'фабрик', заполнивших раннюю вселенную звездной пылью

Телескоп Джеймса Уэбба (JWST) открыл новые горизонты в изучении ранних галактик, которые наполнили молодую вселенную пылью, ставшей ключевой для формирования новых звезд и роста галактик.

Хотя JWST обладает мощностью для наблюдения за многими из этих ранних галактик, его возможности по детальному изучению остаются ограниченными. Поэтому исследовательская команда решила сосредоточиться на более близкой и современной галактике, обладающей характеристиками, схожими с первыми галактиками вселенной.

Вместо того чтобы напрямую исследовать галактики ранней вселенной, ученые обратили внимание на карликовую галактику Секстанс A, находящуюся всего в 4,6 миллионах световых лет от нас.

"Изучение галактик, населявших раннюю вселенную, по-прежнему очень сложно, поэтому наблюдение за близкой галактикой, такой как Секстанс A, которая имеет схожие химические условия, дает нам ценную возможность понять, как развивались первые поколения звезд и какую роль они сыграли в трансформации межзвездной среды", — заявил руководитель команды Клаудио Гаветти из Национального института астрофизики (INAF).

Как Секстанс A имитирует древние галактики?

Ранняя вселенная была довольно скучным местом с точки зрения химии. В ней доминировал самый легкий элемент — водород, а также присутствовал гелий и небольшое количество тяжелых элементов, известных астрономам как «металлы». Это означало, что первое поколение звезд, так называемые звезды POP III, имели низкое содержание металлов.

В процессе своей жизни звезды POP III сливались водород и гелий в своих ядрах, создавая более тяжелые элементы. Когда эти первичные звезды заканчивали свой жизненный путь, они взрывались в сверхновых, распыляя эти металлы в межзвездную среду — огромные облака пыли и газа между звездами.

В конечном итоге плотные и холодные участки в этих облаках коллапсировали под действием своей гравитации, порождая следующее поколение звезд, звезды POP II, которые, благодаря сверхновым своим предшественникам, были богаче металлами.

Наше собственное солнце относится к классу звезд POP I, что означает, что оно еще богаче металлами, чем звезды второго поколения. Однако не все современные галактики так богаты металлами; это особенно верно для карликовых галактик, таких как Секстанс A, находящаяся на краю нашей космической окрестности, известной как «локальная группа».

Секстанс A настолько бедна металлами, что, по оценкам, содержит всего от 1% до 7% тяжелых элементов, найденных в солнце. Это делает ее отличным объектом для изучения ранних галактик с низким содержанием металлов.

С помощью инструментов JWST NIRCam (Камера ближнего инфракрасного диапазона) и MIRI (Среднеинфракрасный инструмент) Гаветти и его коллеги получили высококачественные наблюдения Секстанс A, что позволило им картировать всю популяцию звезд карликовой галактики в эволюционной фазе, известной как "асимптотическая красная гигантская ветвь".

Эта фаза возникает, когда звезды, превышающие массу солнца, исчерпывают гелий в своих ядрах, создавая инертное углеродное ядро, но ядерный синтез продолжается в внешних слоях, где чередуются горение гелия и водорода. В результате звезды "раздуваются" и могут увеличиваться в яркости в тысячи раз.

Исследование команды показало, что около 90% звезд на асимптотической красной гигантской ветви, которые они изучали, не были окружены облаками пыли. Однако около 20 из этих звезд находились в плотных пылевых оболочках. Также было установлено, что эти "фабрики пыли" образовались от 2 до 3 миллиардов лет назад от звезд с начальной массой примерно в 1,5 раза больше массы солнца.

Это исследование стало важным шагом вперед в понимании того, какие звезды в ранней вселенной с наибольшей вероятностью создали металлическую пыль, которая обогатила бы следующие поколения звезд. Это помогает создать полное представление о том, как вселенная, которую мы видим сегодня, приняла свою форму.

Ученые, участвующие в этом исследовании, отмечают, что подобные исследования были бы невозможны до запуска телескопа Уэбба.

"JWST позволяет нам наблюдать в беспрецедентной детализации за средами, которые до недавнего времени были недоступны для изучения", — добавила участник команды Флавия Делл'Агли из INAF. "Ценность этих данных заключается не только в изображениях, но и в возможности сравнивать их с теоретическими моделями и проверять, насколько точно они описывают эволюцию звезд."

Исследование команды было опубликовано 20 июля в журнале The Astrophysical Journal.