Чжан и его группа разработали новую методику, аналогичную радиоуглеродному методу датировки по содержанию изотопа углерод-14 на Земле, для измерения обилия различных видов окиси углерода в четырех очень далеких погруженных в пылевые оболочки галактик со вспышками звездообразования. Астрономы измерили отношение двух видов окиси углерода, содержащих различные изотопы.

“Изотопы углерода и кислорода имеют различное происхождение”, -- объясняет Чжан. “18O в большей степени образуется в массивных звездах, а 13C – в маломассивных и в звездах промежуточной массы”. Благодаря новой методике группа сумела проникнуть за пылевую завесу, скрывающую эти галактики и впервые оценить массы находящихся в них звезд.

Масса звезды является самым важным фактором, определяющим ее будущую эволюцию. Массивные звезды сияют очень ярко и имеют маленькую продолжительность жизни, а менее массивные, такие, как Солнце, имеют меньшую светимость, но сохраняют ее в течение миллиардов лет. Таким образом, зная долю звезд различных масс, формирующихся в галактиках, астрономы могут проследить ход образования и эволюции галактик на протяжении всей истории Вселенной. Эта информация дает нам ключ к пониманию обилий химических элементов, имеющихся в наличии при образовании новых звезд и планет, и наконец, позволяет оценить количество зарождающихся черных дыр, которые могут постепенно накапливать массу в процессе поглощения окружающего вещества и превращаться в сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые в центрах многих галактик.

Соавтор работы Донателла Романо (Donatella Romano) из INAF- Института астрофизики Академии наук Италии и Болонской астрофизической обсерватории так рассказывает о сделанном открытии: “Отношение изотопа 18O к 13C в наблюдавшихся нами галактиках ранней Вселенной со вспышками звездообразования оказалось примерно в 10 раз выше, чем в таких галактиках, как Млечный Путь. Это значит, что в этих галактиках со вспышками звездообразования доля массивных звезд гораздо выше”.

Наблюдения на ALMA перекликаются с другим исследованием, проведенным на материале окружающей нас части Вселенной. Группа, которой руководил Фабиан Шнайдер (Fabian Schneider) из Оксфордского университета в Веикобритании, выполнила спектроскопические измерения на Очень Большом Телескопе (VLT): с целью исследования общего распределения звезд по возрасту и начальным массам наблюдалось 800 звезд в гигантской области звездообразования 30 Золотой Рыбы в Большом Магеллановом Облаке.

Шнайдер рассказывает: “Звезд 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 новорожденной звезды и позволяют предположить, что рождающиеся звезды могут иметь массы до 300 солнечных!”

Роб Айвисон (Rob Ivison), соавтор новой работы на ALMA, заключает: “Наши находки заставляют нас усомниться в правильности нашего понимания космической истории. Астрономы, занимающиеся моделированием Вселенной, теперь придется немало поработать над еще большим усложнением своих моделей”.

Примечания:

Галактики со вспышками звездообразования -- это галактики, проходящие одну из стадий очень интенсивного формирования звезд. Частота образования новых звезд в этих галактиках может в 100 или более раз превосходить частоту образования звезд в нашей Галактике Млечного Пути. В таких галактиках массивные звезды испускают ионизирующее излучение, выбрасывают потоки материи и заканчивают свой жизненный цикл взрывом сверхновой, и все это существенно влияет на динамическую и химическую эволюцию окружающей их среды. Исследование распределения масс звезд в этих галактиках может рассказать нам как об эволюции этих галактик в целом, так и об эволюции всей Вселенной.

Радиоуглеродный метод датировки применяется для определения возраста объекта, содержащего органические вещества. Измеряя количество радиоактивного изотопа 14C, доля которого вследствие распада постоянно уменьшается, можно вычислить время, когда умерло данное животное или растение. Изотопы 13C и 18O, использованные в исследовании, выполненном на ALMA, устойчивы и их обилия за время жизни галактик постоянно растут, так как эти изотопы синтезируются в процессе термоядерных реакций в недрах звезд.

Эти различные формы молекулы называются изотопологами: они отличаются только количством нейтронов в составе их атомов. Примером таких молекул являются использованные в данном исследовании молекулы окиси углерода: устойчивый изотоп углерода может иметь в ядре либо 12, либо 13 нуклонов, а устойчивый изотоп кислорода может иметь 16, 17 или 18 нуклонов.

Группа Шнайдера выполнила спектроскопические измерения индивидуальных звезд в области звездообразования 30 Doradus в близком к нашей Галактике Большом Магеллановом облаке при помощи большого волоконно-оптического многоэлементного спектрографа FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph), смонтированного на Очень Большом Телескопе (VLT). Это одно из первых исследований, достаточно детальных, чтобы продемонстрировать, что во Вселенной могут существовать области звездообразования с распределением масс, отличающимся от тех, которые мы наблюдаем в Млечном Пути.

Источник: http://www.eso.org/public/russia/news/eso1817/