A csillagászok az Európai Déli Obszervatórium (ESO) ALMA és VLT távcsöveivel kimutatták, hogy mind a korai világegyetem csillagontó galaxisaiban, mind egy hozzánk közeli galaxis egy csillagkeletkezési régiójában sokkal nagyobb arányban találhatóak nagy tömegű csillagok, mint a nyugodtabb galaxisokban. Ez a felfedezés kihívás elé állítja a galaxisok fejlődésére vonatkozó jelenlegi elképzeléseinket, és átírja a csillagkeletkezés és a nehéz kémiai elemek feldúsulásának általunk ismert kozmikus történelmét.
Az Edinburgh-i Egyetemen dolgozó Zhi-Yu Zhang által vezetett, a távoli világegyetemet vizsgáló csillagászcsoport az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) távcsőrendszer segítségével tanulmányozta a nagy tömegű csillagok részarányát négy távoli, gázban gazdag csillagontó galaxisban [1]. Ezeket a galaxisokat a világegyetem mainál sokkal fiatalabb korszakában figyelhetjük meg, amelyek ezért minden bizonnyal még kevés korábbi csillagkeletkezési perióduson mentek keresztül. Ez megkönnyíti az eredmények értelmezését.
Zhang munkatársaival egy, a szénizotópos kormeghatározáshoz hasonló új módszert dolgozott ki, amely során szén-monoxid különböző fajtáinak mennyiségét vizsgálták négy, porfelhőkbe burkolózó, nagyon távoli csillagontó galaxisban [2]. A módszer keretében két különböző szénizotópot tartalmazó szén-monoxid molekulafajta arányát mérték meg [3].
„A szén- és oxigénizotópok más és más forrásból származnak” – magyarázza Zhang. – „A 18-as tömegszámú 18O izotóp nagy tömegű csillagokban keletkezik, míg a 13-as tömegszámú 13C izotóp inkább kis és közepes tömegű csillagokból származik.” A módszer segítségével a csillagászok most először tudták a vastag porrétegen keresztülpillantva megállapítani a csillagok tömegét ezekben a galaxisokban.
Egy csillag fejlődési útja a tömegétől függ messze a legerősebben. A nagy tömegű csillagok fényesen ragyognak, ám rövid életűek, míg a kisebb tömegű társaik, mint például a Nap, bár szerényebben fénylenek, de évmilliárdokig élnek. A galaxisokban keletkező különböző tömegű csillagok egymáshoz viszonyított részarányának ismerete ezért elengedhetetlenül fontos ahhoz, hogy a csillagászok a világegyetem korszakain átívelve tudják modellezni a galaxisok keletkezését és fejlődését. Ettől az aránytól függ az újabb csillagok és bolygórendszereik keletkezéséhez rendelkezésre álló kémiai elemek relatív mennyisége. De ez határozza meg azon kisebb fekete lyukak számát is, amelyek később összeolvadva létrehozhatják a galaxisok közepén megtalálható szupernagy tömegű fekete lyukakat.
Donatella Romano, a kutatócsoport egyik tagja, az olasz INAF-Asztrofizikai és Űrtudományi Obszervatórium munkatársa beavat bennünket a csoport eredményeibe: „A 18O izotóp 13C izotóphoz viszonyított aránya mintegy tízszer nagyobbnak bizonyult ezekben a fiatal csillagontó galaxisokban, mint a Tejútrendszerhez hasonló csillagvárosokban. Ez annak a jele, hogy sokkal több bennük a nagy tömegű csillag.”
Az ALMA eredményeit megerősítette egy másik, a közeli világegyetem megfigyeléséből származó eredmény is. Az angliai Oxfordi Egyetemen dolgozó Fabian Schneider az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (VLT), spektroszkópiai módszerrel figyelt meg 800 csillagot a Nagy-Magellán-felhő hatalmas csillagkeletkezési régiójában, a 30 Doradusban. Schneider a csillagok kor és keletkezési tömeg szerinti eloszlását vizsgálta [4].
„A napnál legalább 30-szor nagyobb tömegű csillagokból mintegy 30%-kal, míg a legalább 60 naptömegű csillagból 70%-kal találtunk többet a vártnál. Az eredményeink megkérdőjelezik a korábban elfogadott 150 naptömeges határt is, amellyel egy csillag még létrejöhet. Úgy tűnik, hogy létezhetnek akár 300 naptömegű csillagok is!” – lelkesedett Schneider.
Rob Ivison, a friss ALMA szakcikk egyik társszerzője vonja le a következtetést: „Felfedezéseink a kozmikus történelem újragondolására sarkallnak bennünket. A világegyetem fejlődését modellező csillagászoknak most vissza kell térniük az íróasztalaikhoz, hogy tovább csiszolják az elméleteiket.”
Megjegyzések
[1] A csillagontó galaxisok olyan csillagvárosok, amelyek éppen rendkívül heves csillagkeletkezési időszakon mennek keresztül. Ezekben akár ezerszer gyorsabb ütemben keletkezhetnek a csillagok, mint jelenleg a saját galaxisunkban, a Tejútrendszerben. Ezeknek a galaxisoknak a nagy tömegű csillagai ionizáló sugárzást, erős csillagszelet, és szupernóva-robbanásokat okoznak, így jelentős hatással vannak az őket körülvevő közeg dinamikai és kémiai fejlődésére. Ezekben a galaxisokban a csillagok tömegeloszlását vizsgálva többet tudhatunk meg ezen csillagvárosok, és általában a világegyetem fejlődéséről is.
[2] A szénizotópos kormeghatározás módszerével meg tudjuk mérni a szerves anyagokat tartalmazó tárgyak korát. A folyamatosan bomló radioaktív 14C izotóp mennyiségének mérésével egy növényi vagy állati maradványról megállapítható, hogy az mikor élt. Az ALMA által vizsgált 13C és 18O izotópok stabilak, és folyamatosan dúsulnak a galaxisok élete során, amint a csillagok belsejében zajló fúziós reakciók létrehozzák őket.
[3] Azokat a különböző fajta molekulákat, amelyek csak az atomjaikban lévő neutronok számában különböznek egymástól, izotopológoknak nevezzük. Az itt ismertetett tanulmányban használt szén-monoxid molekulák jó példái ennek, mert bennük a stabil szénatomok tömegszáma 12 vagy 13 lehet, míg a stabil oxigénatomok tömegszáma 16, 17 vagy 18.
[4] Schneider és munkatársai egyedi csillagokat vizsgáltak a közeli Nagy-Magellán-felhő 30 Doradus (Tarantula-köd) csillagkeletkezési régiójában a Nagyon Nagy Távcsövön (VLT) működő Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) műszer használatával. Ez volt az első kellően részletes vizsgálat, ami által kiderülhetett, hogy a világegyetem különböző csillagkeletkezési régióiban a csillagok tömegeloszlása eltérhet a Tejútrendszerben megfigyelhetőtől.
Forrás: ESO
