Genfi, párizsi és barcelonai kutatókból álló csoport bizonyítékot talált arra, hogy szupernagy tömegű csillagokkal magyarázhatók a nagy csillaghalmazokban megfigyelt kémiai anomáliák.

A kutatók meggyőző bizonyítékot találtak arra, hogy a szupernagy tömegű csillagok már akkor léteztek a gömbhalmazokban, amikor azok 13 milliárd évvel ezelőtt kialakultak. Ezen a képen az M13 gömbhalmaz látható, amely 22 ezer fényévre van a Földtől, és egymillió csillagnak ad otthont egy 150 fényév átmérőjű térrészben. (Forrás: HST, STScI, NASA, ESA)

A gömbhalmazok a Világegyetem legnagyobb tömegű és legidősebb csillaghalmazai. Akár egymillió csillagot is tartalmazhatnak. Ezeknek az egyidőben született csillagoknak a kémiai összetétele olyan furcsaságokat mutat, amelyeket más csillagpopulációkban nem láttunk még. Ennek magyarázata a csillagászat egyik nagy kihívása. A Genfi és a Barcelonai Egyetem, valamint a Párizsi Asztrofizikai Intézet munkatársai szerint a szupernagy tömegű csillagok magyarázhatják az anomáliákat. A kutatók úgy gondolják, hogy megtalálták az első kémiai nyomot, ami igazolja a jelenlétüket a proto-gömbhalmazokban, amelyek az ősrobbanás után nagyjából 440 millió évvel jöttek létre. A Webb-űrtávcsővel végzett megfigyeléseken is alapuló kutatás eredményeiről az Astronomy and Astrophysics című lap hasábjain számoltak be.

A gömbhalmazok csillagok nagyon szoros társulásai, amelyek gömb alakba rendeződnek a térben. A gömb sugara tíz, vagy akár száz fényév is lehet. Akár egymillió csillagnak is otthont adhatnak, és a legkülönbözőbb típusú galaxisokban találjuk meg őket. Saját galaxisunkban nagyjából 180 van belőlük. Az egyik legnagyobb rejtély a gömbhalmazokkal kapcsolatban az őket alkotó csillagok rendkívül változatos összetétele: vajon mi okozhatja? Például az oxigén, a nitrogén, a nátrium és az alumínium aránya csillagonként változik, pedig mindannyian ugyanabban az időben, ugyanabban a gázfelhőben születtek. Az asztrofizikusok által kreált angol szakkifejezés, az “abundance anomaly” arra vonatkozik, hogy a relatív elemgyakoriságok (pl. nátrium és oxigén aránya a vas és hidrogén arányához viszonyítva) a vártnál sokkal nagyobb szórást mutathat.

2018-ban genfi és barcelonai egyetemek, valamint a Párizsi Asztrofizikai Intézet kutatói kidolgoztak egy elméleti modellt, amely szerint az eredeti gázfelhőket a halmazok kialakulása közben szupernagy tömegű csillagok „fertőzték meg”, heterogén módon dúsítva csillagaikat kémiai elemekkel. „Ma a James Webb-űrtávcsőnek köszönhetően úgy hisszük, megtaláltuk az első bizonyítékot ezeknek a különleges csillagoknak a létezésére.” – magyarázza Corinne Charbonnel (UNIGE), a tanulmány vezető szerzője.

A csillagszörnyek legalább 5000-szer, de legfeljebb 10 ezerszer nagyobb tömegűek a Napnál, és központjukban ötször forróbbak (75 millió Celsius-fokosak). Létezésük bizonyítása azonban nem egyszerű feladat. „A gömbhalmazok kora 10 és 13 milliárd év közé tehető, míg a szupercsillagok legfeljebb 2 millió évig élnek. Így aztán nagyon korán eltűntek a halmazokból, amelyeket most megfigyelünk. Csupán közvetett nyomok maradtak utánuk.” – magyarázza Mark Gieles (ICREA), a tanulmány társszerzője.

A Webb-űrteleszkóp kiváló infravörös érzékelőjének köszönhetően a kutatók igazolni tudták az elméletüket. Az űrtávcső a Világegyetem máig ismert egyik legtávolabbi és legfiatalabb galaxisának fényét is rögzítette. A 13,3 milliárd fényévre lévő GN-z11 alig néhány tízmillió éves. A csillagászatban az égitestek sok jellemzőjét a fényspektrumuk elemzésével határozzák meg. Ennek a galaxisnak a fénye két fontos információt árult el a kutatóknak.

„Megállapítottuk, hogy nagyon nagy arányban tartalmaz nitrogént, és nagyon nagy a csillagsűrűsége.” – mondja Daniel Schaerer (UNIGE), a tanulmány társszerzője. Ez arra utal, hogy a galaxisban több gömbhalmaz van kialakulóban, és ezekben még mindig jelen van egy aktív, szupernagy tömegű csillag. „A nitrogén jelentős mennyisége csak a hidrogén rendkívül magas hőmérsékleten történő „égetésével” magyarázható, amelyre csak a szupernagy tömegű csillagok magja képes, ahogy azt Laura Ramirez-Galeano, kutatócsoportunk mesterszakos hallgatójának modelljei is mutatják.” – magyarázza Corinne Charbonnel.

Ezek az új eredmények megerősítik a nemzetközi kutatócsoport elméletét. Jelenleg ez az egyetlen magyarázat a gömbhalmazok bőség-anomáliájára. A kutatók következő feladata, hogy a modellt a Webb-űrtávcső adatai alapján teszteljék más, távoli galaxisokban kialakuló gömbhalmazokkal is.

Forrás: Université de Genève