James Webb виявив космічних монстрів, що ховаються в серці стародавніх зоряних скупчень

Космічні монстри живуть у щільних зоряних скупченнях, які народилися лише через кілька сотень мільйонів років після народження Всесвіту, свідчать нові спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Ці монстри є надмасивними зірками, ознаки яких JWST помітив у кульових скупченнях, що народилися приблизно 13,4 мільярда років тому.

Кулясті скупчення зустрічаються майже в кожній галактиці; у нашому, Чумацькому Шляху, їх принаймні 180. Мало того, що кульові скупчення є наймасивнішими та найдавнішими зоряними угрупованнями, часто містять до мільйона зірок, народжених разом ще через 440 мільйонів років після Великого вибуху, але ці зірки можуть виявляти аномалії, яких немає в інших колекціях зірок. 

Наприклад, зірки кульового скупчення, як правило, демонструють високі рівні варіації складу, незважаючи на те, що вони народилися разом в один і той же час з тієї самої колапсуючої хмари холодного газу та пилу. Частка кисню, азоту, натрію та алюмінію в кульових скупченнях змінюється від однієї зірки до іншої. Пояснення цих так званих «аномалій чисельності» стало серйозною проблемою для астрономів. 

Одне з потенційних пояснень цієї таємниці, запропоноване ще в 2018 році, полягає в тому, що надмасивні зірки «забруднюють» оригінальну газову хмару під час формування кульових скупчень. Це призводить до того, що молоді зірки нерівномірно збагачуються хімічними елементами під час формування.

Тепер команда дослідників оголосила, що JWST помітив хімічні сліди, які свідчать про те, що жахливі зірки справді ховаються в зоряних скупченнях, таким чином надаючи перші спостережні докази цієї теорії збагачення.

«Сьогодні, завдяки даним, зібраним JWST, ми вважаємо, що ми знайшли першу підказку про наявність цих незвичайних зірок», — сказала в заяві провідний автор дослідження Корін Шарбонель, професор астрономії Женевського університету в Швейцарії.(відкривається в новій вкладці). 

Ці надмасивні зірки від 5000 до 10 000 разів масивніші за Сонце і мають температуру до 135 мільйонів градусів за Фаренгейтом (75 мільйонів градусів за Цельсієм) у своєму ядрі порівняно з 27 мільйонами градусів F (15 мільйонів градусів за Цельсієм) або близько того в серці сонця. Але, незважаючи на їхні страхітливі розміри та жахливі температури, цих зіркових тварин не завжди легко знайти. Це пояснюється тим, що вони швидко спалюють своє паливо для ядерного синтезу, а отже, мають короткий термін служби.

«Вік кульових скупчень становить від 10 до 13 мільярдів років, тоді як максимальна тривалість життя суперзірок становить два мільйони років», — сказав у тій же заяві член команди Марк Гілес з Університету Барселони. «Тому вони дуже рано зникли з кластерів, які зараз можна спостерігати. Залишилися лише непрямі сліди». 

Щоб виявити ознаки цих надмасивних зірок, дослідницька група звернулася до інфрачервоного зору JWST, щоб спробувати вловити кульові скупчення на ранніх стадіях їх існування. Потужний космічний телескоп побачив світло, випромінюване однією з найдальших і найдавніших галактик, знайдених на сьогодні, GN-z11. Галактика розташована на відстані приблизно 13,3 мільярда світлових років від нас, і JWST бачить її такою, якою вона була, коли їй було лише кілька десятків мільйонів років, що робить її гарним вибором для полювання на молоді кульові скупчення. 

Оскільки хімічні елементи поглинають і випромінюють світло на певних частотах, спектр світла від космічних джерел містить «відбитки пальців», які вказують на склад небесних об’єктів. Астрономи взяли світло від GN-z11, яке побачив JWST, і зламали його, знайшовши дві цінні частини інформації в процесі. 

«Було встановлено, що він [GN-z11] містить дуже високі частки азоту та дуже високу щільність зірок», — сказав Даніель Шерер, професор астрономії з Женевського університету.