Массивные звёзды заставляют переписать историю Вселенной

Астрономы измерили долю массивных звёзд в нескольких далёких галактиках и одной области звездообразования в Большом Магеллановом Облаке. Выяснилось, что их гораздо больше, чем ожидалось. Теперь учёным придётся пересмотреть господствующие воззрения на эволюцию галактик, рождение звёзд и образование химических элементов. Об этом сообщается в пресс-релизе Европейской южной обсерватории.

Первая из двух научных работ, содержащих столь революционные выводы, опубликована в журнале Nature командой во главе с Чжиюй Чжаном (Zhi-Yu Zhang) из Эдинбургского университета. Авторы разработали метод, впервые позволяющий определить распределение звёзд по массам для галактик, чьи светила скрыты от нас пылевой завесой. В этом случае невозможны оптические, инфракрасные и ультрафиолетовые наблюдения, которые традиционно используются для подобной цели.

Астрономы использовали радиоизлучение молекул угарного газа (CO), которое они наблюдали с помощью радиотелескопа ALMA. Дело в том, что углерод и кислород имеют несколько стабильных изотопов. Наиболее распространены 12C и 16O, соответственно, но существуют также атомы 13C, 17O и 18O. Так вот исследователей интересовала концентрация молекул 13С16О и 12С18O.


"Изотопы углерода и кислорода имеют различное происхождение, – объясняет Чжан. – 18O в большей степени образуется в массивных звёздах, а 13C – в маломассивных светилах и в звёздах промежуточной массы".




 

Объектами наблюдения послужили четыре галактики со вспышками звездообразования. Красные смещения этих систем составляют приблизительно от z=2 до z=3, то есть в этом случае мы видим далёкое прошлое Вселенной.

Результаты наблюдений немало удивили специалистов.


"Отношение [концентрации] изотопа 18O к 13C в наблюдавшихся нами галактиках со вспышками звездообразования, относящихся к ранней Вселенной, оказалось примерно в десять раз выше, чем в таких галактиках, как Млечный Путь. Это значит, что в этих галактиках со вспышками звездообразования доля массивных звёзд гораздо выше [чем в нашей и похожих на неё]", – говорит соавтор работы Донателла Романо (Donatella Romano) из Института астрофизики Академии наук Италии.


Препринт второй работы опубликован на сайте arXiv.org группой во главе с Фабианом Шнайдером (Fabian Schneider) из Оксфордского университета. Учёные вели спектроскопические наблюдения гигантской области звездообразования 30 Золотой Рыбы в Большом Магеллановом Облаке с помощью самого большого в мире оптического телескопа VLT.

Авторов интересовало распределение светил по массам и возрасту. С этой целью они исследовали 800 звёзд, 247 из которых оказались в 15 и более раз массивнее Солнца. Активное образование светил здесь, по-видимому, началось восемь миллионов лет назад и закончилось один миллион лет назад.



 


Шнайдер рассказывает: "Звёзд с массами более 30 солнечных мы нашли примерно на 30%, а с массами более 60 солнечных примерно на 70% больше, чем ожидали. Наши результаты ставят под сомнение ранее предсказанный предел в 150 солнечных масс для максимальной массы новорождённой звезды и позволяют предположить, что рождающиеся звезды могут иметь массы до 300 солнечных!".


Это одно из первых исследований, демонстрирующих, что в некоторых областях звездообразования светила распределены по массам совсем не так, как в их аналогах в пределах Млечного Пути.

Напомним, что масса звезды – важнейший фактор, определяющий её дальнейшую судьбу. Сколько она проживёт, как ярко будет светить, взорвётся ли как сверхновая, какие химические элементы образуются в её недрах – всё это зависит от того, сколько вещества было в светиле при его рождении.

Такие крупные события, как взрывы и рождение звёзд, сильно влияют и на процессы, происходящие в межзвёздном газе. А поскольку галактики – это системы, видимое вещество которых и представляет собой в основном газ и звёзды, то их судьбы во многом определяются распределением светил по массам. Наконец, звёзды – это основной "химический комбинат" Вселенной, которому мы обязаны возникновением множества химических элементов, в том числе и тех, из которых состоим мы сами.

Вот почему распределение звёзд по массам – важнейший параметр, определяющий многие процессы во Вселенной. И с точки зрения наших знаний о них результаты обеих групп, что называется, не лезут ни в какие ворота.


Соавтор Чжана Роб Айвисон (Rob Ivison) заключает: "Наши находки заставляют нас усомниться в правильности нашего понимания космической истории. Астрономам, занимающиеся моделированием Вселенной, теперь придётся немало поработать над ещё большим усложнением своих моделей".


Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о новых методах измерения массы и плотности звёзд.