Новое исследование группы астрономов из Европейской южной обсерватории проливает свет на механизм образования во Вселенной фтора — элемента, который входит в состав наших костей и зубов.
Исследование проведено на Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решётке ALMA, которую Европейская южная обсерватория эксплуатирует на партнёрских началах. Антенны зарегистрировал фтор в галактике, расположенной настолько далеко, что свет от неё идёт к нам более 12 миллиардов лет. Фтор впервые обнаружен в столь далёкой галактике, где, к тому же, идёт бурное звездообразование.
«Все мы знаем, что такое фтор: зубная паста, которой мы чистим зубы по утрам, содержит его в виде фторида, – говорит Максимильен Франко (Maximilien Franco) из Хертфордширского университета в Великобритании. – Как и большинство окружающих нас элементов, фтор образуется в звёздах, но до сих пор мы точно не знали, как именно это происходит. Мы даже не знали, звёзды какого типа производит большую часть фтора во Вселенной!»
Франко и его сотрудники нашли фтор (в составе фторида водорода) в больших облаках газа в удалённой галактике NGP–190387, которую мы видим такой, какой она была, когда Вселенной было всего 1.4 миллиарда лет – примерно 10% её нынешнего возраста. Так как звёзды выбрасывают наружу образовавшиеся в их ядрах элементы, когда их жизнь подходит к концу, эта находка означает, что звёзды, в которых образовался фтор, должны были пройти свой жизненный путь и умереть очень быстро.
Группа пришла к выводу, что наиболее вероятные очаги образования фтора – звёзды Вольфа-Райе, очень массивные звёзды, жизнь которых продолжается всего несколько миллионов лет: одно мгновение в масштабе истории Вселенной. Только так, говорят астрономы, можно объяснить найденные ими количества фторида водорода. Звёзды Вольфа-Райе раньше уже рассматривались в качестве возможных источников космического фтора, но до сих пор астрономы не знали, какую важную роль эти звёзды играют в производстве этого элемента в ранней Вселенной.
«Мы доказали, что звёзды Вольфа-Райе, одни из самых массивных известных звёзд, заканчивающие свою жизнь колоссальным взрывом, оказывается, помогают нам поддерживать здоровье наших зубов!» –смеётся Франко.
В прошлом предлагались и другие сценарии образования и выброса фтора – например, при пульсациях гигантских проэволюционировавших звезд с массами в несколько масс Солнца, так называемых звёзд асимптотической ветви гигантов. Но участники группы Франко считают, что эти сценарии, некоторые из которых требуют для своего осуществления миллиардов лет, всё же не могут полностью объяснить количество фтора, наблюдаемое в NGP–190387.
«Этой галактике потребовалось всего несколько десятков или сотен миллионов лет, чтобы достичь уровня содержания фтора, сравнимого с тем, которое наблюдается в звёздах Млечного Пути, возраст которого – 13.5 миллиардов летЮ – добавляет Чияки Кобаяши (Chiaki Kobayashi) из Хертфордширского университета. – Эти измерения оказались совершенно неожиданными. Из них вытекают совершенно новые ограничения на процессы образования фтора, которые изучаются уже два десятилетия».
Открытие фтора в NGP–190387 – один из первых случаев регистрации фтора за пределами Млечного Пути и соседних с ним галактик. Раньше астрономы находили этот элемент в удалённых квазарах – ярких объектах, энергия которых связана с присутствием сверхмассивных чёрных дыр в центре некоторых галактик. Но никогда ещё фтор не наблюдался в галактике с активным звездообразованием на такой ранней стадии истории Вселенной.
Регистрация фтора группой Франко оказалась счастливой случайностью, результатом сочетания наблюдений космических и наземных обсерваторий. Галактика NGP–190387, открытая Космической обсерваторией Гершеля Европейского космического агентства, а позже и при помощи расположенной в Чили антенной решётки ALMA, оказалась исключительно яркой для огромного расстояния, на котором она находится. Данные наблюдений на ALMA подтвердили, что необычная светимость NGP–190387 отчасти обусловлена присутствием между Землёй и NGP–190387, очень близко к лучу зрения, другой известной массивной галактики. Она линзировала свет от NGP–190387, наблюдавшейся Франко и его сотрудниками, позволяя астрономам фиксировать слабое излучение, испущенное миллиарды лет назад атомами фтора в NGP–190387.
Дальнейшие исследования NGP–190387 с будущим Чрезвычайно Большим телескопом (ELT) — новым флагманом ESO, который сейчас строится в Чили и начало наблюдений с которым намечено на конец этого десятилетия — могут помочь раскрыть секреты этой галактики.
Результаты исследования представлены в статье "The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4", публикуемой в журнале Nature Astronomy.