Czy supermasywne gwiazdy mogą wyjaśnić dużą zawartość azotu w odległej galaktyce?

Jedna z najodleglejszych znanych galaktyk może być niezwykle bogata w azot. Naukowcy sugerują, że supermasywne gwiazdy mogą stanowić drogę do zwiększenia ilości azotu w tej wczesnej galaktyce.

Położenie galaktyki GN-z11, której zbliżenie pokazano na powiększonym obrazie. Źródło: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University), oraz G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

Nowe spojrzenie na odległą galaktykę
GN-z11 była niegdyś najodleglejszym znanym obiektem kosmicznym. Ta świecąca galaktyka została odkryta za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w 2015 roku, a teraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zwrócił swój spektrometr na zadanie precyzyjnego określenia odległości galaktyki i wydobywanie jej właściwości.

Nowe widmo GN-z11 pokazuje jasne linie emisyjne kilku atomów, w tym azotu. Silne linie emisyjne w widmie galaktyki mogą oznaczać, że posiada ona aktywne jądro galaktyczne – supermasywną czarną dziurę, która pochłania przegrzany gaz z otoczenia – ale niektórzy badacze podejrzewają, że tak nie jest w przypadku GN-z11. Zamiast tego, silne linie azotu w tej galaktyce mogą oznaczać, że jest ona niezwykle bogata w ten pierwiastek, ale nie jest jasne, skąd mógł pochodzić ten zapas azotu. W niedawno opublikowanym artykule Chris Nagele i Hideyuki Umeda z Uniwersytetu Tokijskiego sugerują, że przyczyną mogą być supermasywne gwiazdy.

Supermasywne gwiazdy w centrum uwagi
Przypuszcza się, że supermasywne gwiazdy mają masy ponad sto razy większe od masy Słońca, najmasywniejsze z nich mogą mieć masę ponad 100 000 mas Słońca. Jeżeli gwiazdy z górnej granicy tego zakresu mas istniały we wczesnym Wszechświecie, mogły dać początek supermasywnym czarnym dziurom i wyjaśnić właściwości galaktyk takich jak GN-z11.

Nagele i Umeda przeprowadzili symulację ewolucji supermasywnych gwiazd o masach 1000, 10 000, 50 000 i 100 000 mas Słońca. Każda z tych olbrzymich gwiazd zaczynała z obfitością metali (pierwiastków cięższych od helu) wynoszącą zaledwie 1/10 masy Słońca, co jest reprezentatywne dla warunków panujących kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Symulacje zespołu połączyły dynamikę płynów, reakcje jądrowe i ogólną teorię względności, aby śledzić ewolucję gwiazd. Bardzo różne masy symulowanych gwiazd skutkowały bardzo różnymi wynikami; gwiazda o masie 100 000 mas Słońca eksplodowała, a gwiazda o masie 50 000 mas Słońca zapadła się przed końcem fazy spalania wodoru, podczas gdy dwie gwiazdy o mniejszej masie wyewoluowały z ciągu głównego bez incydentów.

Kwestia czasu
Długość życia każdej gwiazdy przed eksplozją lub zapadnięciem się determinowała stopień wzbogacenia jej otoczenia w metale, a także określała proporcje różnych gatunków metali względem siebie. Na przykład, dłużej żyjące gwiazdy o niższej masie produkowały zwiększone ilości zarówno azotu, jak i tlenu poprzez swoje potężne wiatry gwiazdowe. Ponieważ GN-z11 nie wykazuje oznak obfitości tlenu, oznacza to, że gwiazdy o masie 1000 i 10 000 mas Słońca są mało prawdopodobnymi źródłami azotu w galaktyce.

Bardziej masywne gwiazdy produkowały jednak zwiększone ilości azotu, a nie tlenu, co prowadzi do wzorca obfitości chemicznej, który jest zgodny z tym, co widzimy dla GN-z11. Nagele i Umeda zauważają, że istnieją pewne niuanse, które będą musiały zostać zbadane w przyszłych symulacjach z dokładniejszą rozdzielczością czasową, ale na chwilę obecną supermasywne gwiazdy pozostają obiecującym kandydatem na źródło azotu w GN-z11. Jeżeli chodzi o pochodzenie samych gwiazd, autorzy wskazali, że jednym ze sposobów powstawania supermasywnych gwiazd może być kolizja masywnych galaktyk – a nowe obserwacje pokazują „mgiełkę” wokół GN-z11, która może być oznaką takiej kolizji.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Naukowcy badający ciemną materię odkryli, że Droga Mleczna jest bardzo dynamiczna

Stare gwiazdy mogą być najlepszym miejscem do poszukiwania życia

Astronomowie odkrywają planetę wielkości Ziemi, która posiada “półkulę lawy”