Rekordowo odległa galaktyka gwiazdotwórcza wykazująca obecność fluoru

„Wszyscy wiemy o fluorze, ponieważ w formie fluorku zawiera go pasta do zębów używana codziennie” - zwraca uwagę Maximilien Franco z University of Hertfordshire w Wielkiej Brytanii, który kierował nowymi badaniami, opublikowanymi w Nature Astronomy. Podobnie jak większość pierwiastków wokół, fluor jest tworzony wewnątrz gwiazd, ale dotąd nie było dokładnie wiadomo, jak przebiega jego otrzymywanie. „Nie wiedzieliśmy nawet, który typ gwiazd produkuje większość fluoru we Wszechświecie!” - wskazują naukowcy.

Franco i jego współpracownicy dostrzegli fluor (w formie fluorku wodoru) w wielkim obłoku gazu w odległej galaktyce NGP–190387, którą widzimy w stanie, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,4 miliarda lat (czyli około 10% swojego obecnego wieku). Ponieważ gwiazdy wyrzucają tworzone w swoich jądrach pierwiastki, gdy osiągają koniec życia, detekcja ta wskazuje, że gwiazdy, które utworzyły fluor, musiały żyć i umrzeć szybko.

Badacze sądzą, że najbardziej prawdopodobnie za miejsca produkcji fluoru odpowiadają gwiazdy Wolfa–Rayeta - bardzo masywne gwiazdy żyjące tylko kilka milionów lat, co jest mgnieniem oka w historii Wszechświata. Gwiazdy te są potrzebne do wytłumaczenia ilości fluorku wodoru, którą wykrył zespól badawczy. Gwiazdy Wolfa-Rayeta sugerowano jako możliwe źródło kosmicznego fluoru już wcześniej, ale dotąd astronomowie nie wiedzieli, jak ważne były w produkcji tego pierwiastka we wczesnym Wszechświecie. „Pokazaliśmy, że gwiazdy Wolfa-Rayeta, należące do najmasywniejszych znanych gwiazd i mogące gwałtownie wybuchać, gdy osiągną koniec swojego życia, pomagają nam w ten sposób w utrzymaniu higieny dentystycznej!” - zażartował Franco.

Oprócz wspomnianych gwiazd, wcześniej proponowano też inne scenariusze produkcji fluoru i jego wyrzucania. Przykładem są pulsacje olbrzymów - przekwitających gwiazd o masach do kilku razy większych niż nasze Słońce, zwanych gwiazdami asymptotycznej gałęzi olbrzymów. Zespół badawczy uważa jednak, że te scenariusze, z których niektóre potrzebują miliardów lat, nie wyjaśniają w pełni ilości fluoru w NGP–190387.

„W przypadku tej galaktyki, wystarczyło zaledwie kilkadziesiąt lub kilkaset milionów lat, aby uzyskać poziomy fluoru porównywalne do wartości znajdowanych w gwiazdach w Drodze Mlecznej, która ma 13,5 miliarda lat. Był to kompletnie nieoczekiwany rezultat” - stwierdził Chiaki Kobayashi, profesor University of Hertfordshire. „Nasz pomiar ujawnia zupełnie nowe ograniczenie na pochodzenie fluoru, które było badane przez dwie dekady” - podkreślił dalej.

Odkrycie w NGP–190387 to jedna z pierwszych detekcji fluoru poza Drogą Mleczną i jej sąsiednimi galaktykami. Astronomowie wykryli wcześniej ten pierwiastek w odległych kwazarach, jasnych obiektach zasilanych przez supermasywne czarne dziury w centrach niektórych galaktyk. Niemniej, nigdy wcześniej nie obserwowano fluoru w galaktyce gwiazdotwórczej tak wcześnie w historii Wszechświata.

Wykrycie fluoru przez zespół badawczy było w pewnym sensie dziełem przypadku. Stało się możliwe dzięki użyciu obserwatoriów kosmicznych i naziemnych. Galaktyka NGP–190387, odkryta pierwotnie przez Kosmiczne Obserwatorium Herschela (które należało do Europejskiej Agencji Kosmicznej), a później obserwowana przez pracującą w Chile sieć ALMA, jest nadzwyczajnie jasna jak na swoją odległość. Dane z ALMA potwierdziły, że wyjątkowa jasność NGP–190387 została częściowo spowodowana przez inną znaną masywną galaktykę, położoną pomiędzy NGP–190387 a Ziemią. Ta masywna galaktyka wzmocniła światło obserwowane przez Franco i jego współpracowników, pozwalając na dostrzeżenie słabego promieniowania emitowanego miliardy lat temu przez fluor w NGP–190387.

Przyszłe badania NGP–190387 przy pomocy Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT) — flagowego projektu ESO, obecnie w trakcie budowy w Chile, mającego zacząć działać w tej dekadzie – mogą ujawnić dalsze sekrety tej galaktyki. „ALMA jest czuła na promieniowanie emitowane przez zimny międzygwiazdowe gaz i pył” - wskazał Chentao Yang, stażysta ESO w Chile. „Dzięki ELT będziemy w stanie obserwować NGP–190387 poprzez bezpośrednie światło gwiazd, gromadząc kluczowe informacje na temat gwiezdnego komponentu tej galaktyki”  - dodał.

Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. „The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4”, publikowanym w magazynie Nature Astronomy.

Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe