Команда астрономів комплексу телескопів ALMA відшукали фтороводень у галактиці NGP-190387 з активним зореутворенням, де у такій кількості його могли утворити лише екзотичні зорі Вольфа — Райє. Світло від галактики йшло до нас понад 12 мільярдів років, а отже ми бачимо її такою, якою вона була, коли Всесвіту було всього 1,4 мільярда років. Тому у статті, опублікованій у Nature Astronomy, астрономи доходять висновку, що саме зорі на останньому етапі еволюції, які втратили свою водневу оболонку, могли принести фтор у ранній історії Всесвіту.
Зоря типу Вольфа — Райє в уявленні художника / ESO
Звідки у Всесвіті фтор?
Фтор — один із небагатьох хімічних елементів, на відміну від сусідів по періодичній таблиці, нуклеосинтетичне походження якого досі залишається предметом суперечок. Оскільки його важко виявити в зоряних спектрах, довгий час єдиним джерелом інформації про вміст фтору у Всесвіті була наша Сонячна система, де фтор є найменш поширеним із усіх елементів. І тільки в 1992 році фтор вдалося знайти в зірках, що відрізняються від Сонця, а потім і в деяких бідних металом зірок, які, ймовірно, утворилися у ранньому Всесвіті.
На жаль, для фтору недостатньо наявних спостережень, які б співвідносилися з теорією. Ключ до розгадки місця синтезу фтору в ранньому Всесвіті лежить у залежності вмісту фтору від металічності у Галактиці та вмісту фтору у різних зоряних популяціях. І спостереження фтору в об'єктах з великим червоним зсувом можуть допомогти обмежити механізм появи фтору у масивних галактиках.
Спроби пояснити уривчасті дані про вміст фтору були зосереджені в основному на його синтезі в процесі горіння гелію у зірок асимптотичного відгалуження гігантів, а також вибухів наднових за рахунок гравітаційного колапсу ядра зірки і завдяки зіркам типу Вольфа — Райє. На останніх і звернули увагу автори дослідження з команди обсерваторії ALMA.
Що за зорі Вольфа — Райє?
Зорями Вольфа — Райє, названими так на честь астрономів, які вперше звернули увагу на незвичність їхніх спектрів, називають стабільну, але втім, фінальну фазу зоряної еволюції. На них перетворюються надмасивні зірки перед тим як вибухнути надновою. Це такі собі зоряні залишки з гелію або азоту, які залишилися без водневої оболонки, але продовжують нуклеосинтез і тому для них характерні дуже висока температура й світність, а також швидкі зоряні вітри, через які вони втрачають свою зоряну масу.
Як вони причетні до фтору?
За допомогою комплексу телескопів ALMA, дослідники відшукали галактику NGP-190387 на значенні червоного зсуву 4,42 — такою, якою вона була, коли вік Всесвіту становив лише 1,4 мільярда років. NGP-190387 веде активне зореутворення та активно поповнюється хімічними елементами, на що вказує вкрай високий вміст фтороводню відносно молекулярного водню. Втім, за такого значення червоного зсуву, зорі з асимптотичного відгалуження гігантів не могли б настільки швидко поповнити вміст фтору у галактиці.
На відміну від зірок типу Вольфа — Райє, потужності зоряних вітрів яких вистачило б, щоб синтезувати таку кількість фтору. Якби історія зореутворення NGP-190387 була аналогічна історії нашої галактики Чумацький Шлях, вміст фтору був би меншим одного відсотка від його вмісту на околицях Сонця при червоному зміщенні 4,4. Однак кількість фтороводню, що спостерігається, при масштабі часу менше 0,1 мільярда років, можна було б відтворити завдяки обертовим масивним зіркам типу Вольфа — Райє. Вчені вважають, що інші механізми генерації фтору починають домінувати набагато пізніше.
Також раніше ми писали, як два з трьох світил у системі Апеп виявилися зорями типу Вольфа — Райє, але пиловий шлейф цієї системи рухається у 4 рази повільніше, ніж її зоряний вітер.
Оновлено о 23:43: «Зоря типу Вольфа-Райє» виправлено на коректне «Зоря типу Вольфа — Райє»