Masivní hvězdy 10 000krát těžší než Slunce vládly ranému vesmíru

Na připojeném obrázku je vlevo umělecká představa kulové hvězdokupy krátce po jejím zrodu, v níž se nacházejí extrémně hmotné hvězdy se silnými hvězdnými větry, které obohacují hvězdokupu o prvky vytvořené za extrémně vysokých teplot. Vpravo je starověká kulová hvězdokupa, jak ji pozorujeme dnes: přeživší hvězdy s nízkou hmotností si uchovávají stopy větrů z těchto extrémně hmotných hvězd, které se od té doby zhroutily do černých děr se střední hmotností.

Nový model vrhá světlo na dlouhotrvající chemické záhady nacházející se v kulových hvězdokupách, starověkých archivech vesmíru.

Mezinárodní spolupráce vedená výzkumníkem ICREA (Catalan Institution for Research and Advanced Studies) Markem Gielesem z Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona (ICCUB) a Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC) vytvořila průkopnický model, který vysvětluje, jak extrémně hmotné hvězdy (EMS – extremely massive stars) s hmotností více než 1000krát větší než Slunce formovaly vznik a raný vývoj nejstarších hvězdokup ve vesmíru.

Výzkum, publikovaný v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ukazuje, že tito krátkodobí hvězdní obři hráli hlavní roli ve změně chemického složení kulových hvězdokup (GC – globular clusters), které patří k nejstarším a nejzáhadnějším známým hvězdným systémům.

Kulové hvězdokupy: starověký archiv vesmíru
Kulové hvězdokupy jsou hustě uspořádaná, kulovitá seskupení obsahující statisíce až miliony hvězd, které se nacházejí téměř ve všech galaxiích, včetně naší Mléčné dráhy. Většina těchto hvězdokup je starší než 10 miliard let, což naznačuje, že vznikly krátce po Velkém třesku.

Hvězdy uvnitř kulových hvězdokup vykazují nápadně neobvyklé chemické složení, včetně neočekávaných hladin hélia, dusíku, kyslíku, sodíku, hořčíku a hliníku. Tyto anomálie astronomy po celá desetiletí mátly. Přítomnost těchto „mnohonásobných populací“ naznačuje složité procesy chemického obohacování, ke kterým docházelo při formování hvězdokup, pravděpodobně zahrnující extrémně horký hvězdný materiál působící jako „kontaminant“.

Nový model vzniku hvězdokup
Nová studie je založena na modelu vzniku hvězd známém jako model inerciálního přítoku a rozšiřuje jej na extrémní prostředí raného vesmíru. Vědci ukazují, že v nejhmotnějších hvězdokupách turbulentní plyn přirozeně vede ke vzniku extrémně hmotných hvězd (EMS) o hmotnosti mezi 1 000 a 10 000 hmotnostmi Slunce. Tyto EMS uvolňují silné hvězdné větry bohaté na produkty spalování vodíku při vysokých teplotách, které se pak mísí s okolním nedotčeným plynem a tvoří chemicky odlišné hvězdy.

„Náš model ukazuje, že jen několik extrémně hmotných hvězd může zanechat trvalý chemický otisk na celé hvězdokupě,“ říká Mark Gieles (ICREA-ICCUB-IEEC). „Konečně propojuje fyziku vzniku kulových hvězdokup s chemickými podpisy, které pozorujeme dnes.“

Výzkumnice Laura Ramírez Galeanová a Corinne Charbonnelová z University of Geneva poukazují na to, že „již dříve bylo známo, že jaderné reakce v centrech extrémně hmotných hvězd mohou vytvářet vhodné vzorce hojnosti. Nyní máme model, který poskytuje přirozenou cestu pro vznik těchto hvězd v hmotných hvězdokupách.“

Tento proces probíhá rychle – během jednoho až dvou milionů let – před explozí supernovy, což zajišťuje, že plyn v kupě zůstane bez kontaminace supernovou.

Nový pohled na raný vesmír a černé díry
Důsledky objevu sahají daleko za hranice Mléčné dráhy. Autoři se domnívají, že galaxie bohaté na dusík objevené vesmírným dalekohledem Jamese Webba (JWST) pravděpodobně obsahují dominantní kulové hvězdokupy bohaté na dusík, které vznikly v raných fázích formování galaxií.

„Extrémně hmotné hvězdy mohly hrát klíčovou roli při formování prvních galaxií,“ dodává Paolo Padoan (Dartmouth College a ICCUB-IEEC). „Jejich svítivost a chemická produkce přirozeně vysvětlují protogalaxie obohacené dusíkem, které nyní pozorujeme v raném vesmíru pomocí JWST.“

Tyto kolosální hvězdy pravděpodobně ukončí svůj život kolapsem do černých děr střední hmotnosti (více než 100 hmotností Slunce), které by mohly být detekovány pomocí signálů gravitačních vln.

Studie poskytuje jednotící rámec, který propojuje fyziku formování hvězd, vývoj hvězdokup a chemické obohacování. Naznačuje, že EMS byly klíčovými faktory raného formování galaxií, které současně obohacovaly kulové hvězdokupy a dávaly vznik prvním černým dírám.

Zdroj: https://scitechdaily.com/these-massive-stars-10000x-heavier-than-the-sun-ruled-early-universe/

autor: František Martinek