Астрономы, использующие ALMA и VLT, обнаружили, что обе звездные галактики на ранней стадии формирования и звездообразующая область в соседней галактике содержат гораздо более высокую долю массивных звезд, чем в более спокойных (старых) галактиках. Эти выводы оспаривают современные идеи о том, как развивались галактики, изменяя наше понимание истории космических звездных формирований и накопления химических элементов.
Зная далекую Вселенную, группа ученых, возглавляемая астрономом Университета Эдинбурга Чжи-Юй Чжан, использовала массивный миллиметровый/субмиллиметровый массив Атакама (АЛМА) для исследования доли массивных звезд в четырех отдаленных галактиках, богатых газом. Эти галактики видны, когда Вселенная была намного моложе, чем сейчас, поэтому молодые галактики вряд ли подверглись многим предыдущим эпизодам звездообразования, которые в противном случае могли бы изменить результаты.
Чжан и его команда разработали новую технику - аналогичную радиоуглеродной датировке (также известную как датировка углерода-14) - для измерения обилия различных типов монооксида углерода в четырех очень отдаленных, "покрытых пылью" звездных галактиках. Они наблюдали соотношение двух типов монооксида углерода, содержащего различные изотопы.
«Изотопы углерода и кислорода имеют разное происхождение, - объясняет Чжан. «18O производится больше в массивных звездах, а 13C производится больше в звездах с низкой и средней массой». Благодаря новой методике команда смогла заглянуть сквозь пространство в эти галактики и впервые оценить массу их звезд.
Масса звезды является самым важным фактором, определяющим, как она будет развиваться. Массивные звезды сияют ярче и имеют короткую жизнь, а менее массивные, такие как Солнце, светят более скромно в течение миллиардов лет. Знание пропорций звезд разных масс, образовавшихся в галактиках, тем самым подкрепляет понимание астрономами образования и эволюции галактик на протяжении всей истории Вселенной. Следовательно, это дает нам важные сведения о химических элементах, доступных для образования новых звезд и планет, и, в конечном счете, о количестве черных дыр, которые могут сливаться, чтобы сформировать сверхмассивные черные дыры, которые мы видим в центрах многих галактик.
Соавтор Донателла Романо из Обсерватории INAF-астрофизики и космической науки в Болонье объясняет, что команда нашла: «Отношение 18O к 13C было примерно в 10 раз выше в этих звездных галактиках в ранней Вселенной, чем в галактиках, таких как Млечный Путь, что означает, что в этих звездных галактиках гораздо больше доля массивных звезд ».
Поиск ALMA согласуется с другим открытием в локальной Вселенной. Команда во главе с Фабианом Шнайдером из Оксфордского университета, Великобритания, сделала спектроскопические измерения с очень большим телескопом ESO с 800 звездами в гигантской звездообразующей области 30 Doradus в Большом Магеллановом Облаке, чтобы исследовать общее распределение звездных возрастов и начальные массы.
Шнайдер объяснил: «Мы обнаружили около 30% звезд с массами более чем в 30 раз превышающими массы Солнца, чем ожидалось, и примерно на 70% больше, чем ожидалось выше 60 солнечных масс. Наши результаты бросают вызов ранее предсказанному пределу 150 солнечной массы для максимальной массы новорожденных звезд и даже предполагают, что звезды могут иметь массы при рождении до 300 солнечных масс! »
Роб Айвисон, соавтор нового документа ALMA, заключает: «Наши результаты заставляют нас подвергать сомнению наше понимание космической истории. Астрономы, строящие модели Вселенной, теперь должны вернуться к чертежной доске, с еще более сложной задачей ».