At veje massive stjerner i den nærliggende galakse afslører overskydende tungvægte

Et internationalt team af astronomer har afsløret en 'forbløffende' overflod af massive stjerner i en nabogalakse.

Opdagelsen, lavet i det gigantiske stjernedannende område 30 Doradus i den store magellanske sky galakse, har 'vidtgående' konsekvenser for vores forståelse af, hvordan stjerner forvandlede det uberørte univers til det, vi lever i i dag.

Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Videnskab .

Hovedforfatter Fabian Schneider, en Hintze-forsker ved University of Oxford's Department of Physics, sagde:'Vi blev overraskede, da vi indså, at 30 Doradus har dannet mange flere massive stjerner end forventet.'

Som en del af VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS), holdet brugte ESO's Very Large Telescope til at observere næsten 1, 000 massive stjerner i 30 Doradus, en gigantisk stjernekammer, også kendt som Tarantula -stjernetågen. Holdet brugte detaljerede analyser af omkring 250 stjerner med masser mellem 15 og 200 gange vores sols masse til at bestemme fordelingen af ​​massive stjerner født i 30 Doradus - den såkaldte initiale massefunktion (IMF).

Massive stjerner er særligt vigtige for astronomer på grund af deres enorme indflydelse på deres omgivelser (kendt som deres 'feedback'). De kan eksplodere i spektakulære supernovaer i slutningen af ​​deres liv, danner nogle af de mest eksotiske objekter i universet - neutronstjerner og sorte huller.

Medforfatter Hugues Sana fra universitetet i Leuven i Belgien sagde:'Vi er ikke kun blevet overrasket over det store antal massive stjerner, men også at deres IMF er tæt samplet op til 200 solmasser.' Indtil for nylig, eksistensen af ​​stjerner op til 200 solmasser var meget omstridt, og undersøgelsen viser, at en maksimal fødselsmasse af stjerner på 200-300 solmasser forekommer sandsynlig.

I de fleste dele af universet studeret af astronomer til dato, stjerner bliver sjældnere, jo mere massive de er. IMF forudsiger, at størstedelen af ​​stjernemassen er i stjerner med lav masse, og at mindre end 1 % af alle stjerner er født med masser på over ti gange Solens. Det er ekstremt vanskeligt at måle andelen af ​​massive stjerner - primært på grund af deres knaphed - og der er kun en håndfuld steder i det lokale univers, hvor dette kan lade sig gøre.

Holdet henvendte sig til 30 Doradus, den største lokale stjernedannende region, som er vært for nogle af de mest massive stjerner, der nogensinde er fundet, og bestemte masserne af massive stjerner med enestående observations-, teoretiske og statistiske værktøjer. Denne store prøve gjorde det muligt for forskerne at udlede det mest nøjagtige højmassesegment af IMF til dato, og for at vise, at massive stjerner er meget mere rigelige end tidligere antaget. Chris Evans fra Science and Technology Facilities Council's UK Astronomy Technology Centre, hovedforsker ved VFTS og medforfatter af undersøgelsen, sagde:'Faktisk, vores resultater tyder på, at det meste af stjernemassen faktisk ikke længere er i stjerner med lav masse, men en betydelig brøkdel er i højmassestjerner.'

Stjerner er kosmiske motorer og har produceret de fleste kemiske grundstoffer, der er tungere end helium, fra ilten, vi indånder hver dag, til jernet i vores blod. I løbet af deres liv, massive stjerner producerer rigelige mængder af ioniserende stråling og kinetisk energi gennem stærke stjernevinde. Den ioniserende stråling fra massive stjerner var afgørende for genoplivningen af ​​universet efter den såkaldte mørke middelalder, og deres mekaniske feedback driver udviklingen af ​​galakser. Philipp Podsiadlowski, en medforfatter af undersøgelsen fra University of Oxford, sagde:'For kvantitativt at forstå alle disse feedback-mekanismer, og dermed rollen som massive stjerner i universet, vi har brug for at vide, hvor mange af disse giganter, der er født.'

Fabian Schneider tilføjede:'Vores resultater har vidtrækkende konsekvenser for forståelsen af ​​vores kosmos:der kan være 70 % flere supernovaer, en tredobling af de kemiske udbytter og mod fire gange den ioniserende stråling fra massive stjernepopulationer. Også, dannelseshastigheden af ​​sorte huller kan øges med 180 %, direkte oversat til en tilsvarende stigning af binære sorte hul-fusioner, der for nylig er blevet detekteret via deres gravitationsbølgesignaler.'

Holdets forskning efterlader mange åbne spørgsmål, som de agter at undersøge i fremtiden:hvor universelle er resultaterne, og hvad er konsekvenserne af dette for udviklingen af ​​vores kosmos og forekomsten af ​​supernovaer og gravitationsbølgebegivenheder?