Присутствие звезд Вольфа — Райе в очень далекой галактике RXCJ2248-ID3, которое зафиксировали астрономы, позволило объяснить экстремально большое содержание в ней азота при малой общей металличности. Подобные свойства внутригалактической среды, вероятно, не являются аномалией и характерны для кратковременной фазы эволюции многих галактик ранней Вселенной. При этом RXCJ2248-ID3 стала и рекордно далекой на текущий момент галактикой, содержащей звезды Вольфа — Райе. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Одной из текущих проблем в понимании того, как Вселенная в ходе эволюции обогащалась различными химическими элементами, стало необычно большое содержание азота в галактиках, существовавших спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Наблюдаемая картина не вписывается в традиционную модель химической эволюции галактик, в которой заметное количество азота во внутригалактической среде накапливается только через сотни миллионов лет после старта звездообразования и за счет наличия звезд асимптотической ветви гигантов. Ученые не смогли прийти к единому мнению насчет того, какая теория могла бы объяснить это противоречие. Предлагались различные модели, включающие в себя активные ядра галактик, сверхскопления звезд, очень массивные звезды (с массами более ста масс Солнца), приливные разрушения звезд черными дырами и звезды Вольфа — Райе.
Группа астрономов во главе с Даниэлем Бергом (Danielle A. Berg) из Техасского университета в Остине опубликовала результаты анализа данных глубокой спектроскопии гравитационно линзированной RXCJ2248-ID3, полученных при помощи прибора NIRSpec «Джеймса Уэбба». Целью наблюдений было наиболее яркое видимое изображение RXCJ2248-ID3, в роли гравитационной линзы для галактики выступает скопление галактик Abell S1063 с красными смещением 0,348.
RXCJ2248-ID3 первоначально замечена телескопом «Хаббл», последующие наземные наблюдения подтвердили ее статус как очень далекой системы. Красное смещение галактики составило 6,1, а значит, она существовала, когда возраст Вселенной был менее миллиарда лет. Предыдущие наблюдения за системой выявили крайне интенсивное узкополосное излучение, связываемое с активным звездообразованием, что сделало систему интересным объектом для изучения. Галактика также характеризуется высокой поверхностной плотностью звезд и компактностью (эффективный радиус — около двадцати парсек).
Исследователи определили, что общая металличность RXCJ2248-ID3 низкая (около десяти процентов от солнечной), при этом в ней наблюдается экстремально большое отношение азота к кислороду (log(N/O) = −0,39). Результат можно считать достоверным, так как он учитывает все возможные стадии ионизации азота, а расчеты проводились несколькими методами. Кроме того, ученые получили меньшее, чем ожидалось, отношение углерода к азоту и заметили в спектрах линии излучения азота и гелия, характерные для звезд Вольфа — Райе азотного типа. Это самые далекие из когда-либо обнаруженных таких звезд.
Полученные данные лучше всего объясняются моделью, в которой звезды Вольфа — Райе азотного типа, возникшие в результате недавней вспышки звездообразования в плотной и неоднородной внутригалактической среде, ответственны за поставки большого количества азота, рожденного внутри звезды и оказавшегося в околозвездной среде за счет мощных звездных ветров. Звезд Вольфа — Райе углеродного типа в галактике меньше, из-за чего меньше и углерода. Эта модель применима для низкой общей металличности галактики и не требует других экзотических процессов обогащения азотом.
Ученые пришли к выводу, что обилие азота как в RXCJ2248-ID3, так и в других далеких галактиках, не является аномальным свойством отдельно взятых систем, а может быть просто очень кратковременной фазой эволюции для малометалличных галактик в ранней Вселенной, которые обладали достаточно большой поверхностной плотностью звезд, чтобы рождать звезды Вольфа — Райе азотного типа. Подобная фаза может следовать за всплеском звездообразования и длиться всего 3-6 миллионов лет.
Ранее астрономы установили, что именно звезды Вольфа — Райе могли быть основными поставщиками фтора в ранней Вселенной.