Галактики состоят из набора звезд и образуются в результате конденсации газа межгалактической среды, состоящей в основном из водорода и небольшого количества гелия. Этот газ не содержит металлов, в отличие от газа в галактиках – в астрономии все химические элементы тяжелее гелия собирательно называются «металлами», хотя они являются атомами в газообразной форме. «Галактики питаются« девственным »газом, который попадает извне, омолаживает их и дает возможность формироваться новым звездам», – объясняет Анналиса Де Киа, профессор кафедры астрономии на факультете естественных наук UNIGE и первый автор книги учиться. В то же время звезды сжигают водород, из которого они состоят, на протяжении всей своей жизни и образуют другие элементы посредством нуклеосинтеза.
Когда звезда, которая достигла конца своей жизни, взрывается, она вытесняет произведенные ею металлы, такие как железо, цинк, углерод и кремний, подавая эти элементы в газ галактики. Затем эти атомы могут конденсироваться в пыль, особенно в более холодных и плотных частях галактики. "Изначально, когда образовался Млечный Путь, более 10 миллиардов лет назад, в нем не было металлов. Затем звезды постепенно обогащали окружающую среду производимыми металлами », – продолжает исследователь.
Когда количество металлов в этом газе достигает уровня, присутствующего на Солнце, астрономы говорят о солнечной металличности.
Не очень однородная среда
Таким образом, среда, из которой состоит Млечный Путь, объединяет металлы, производимые звездами, частицы пыли, которые образовались из этих металлов, а также газы из-за пределов галактики, которые регулярно попадают в нее. «До сих пор теоретические модели считали, что эти три элемента были однородно смешаны и достигли солнечного состава повсюду в нашей галактике с небольшим увеличением металличности в центре, где больше звезд», – объясняет Патрик Петижан, исследователь из Институт астрофизики Парижа, Университет Сорбонны. «Мы хотели подробно наблюдать это с помощью ультрафиолетового спектрографа на космическом телескопе Хаббла."
Спектроскопия позволяет разделить свет от звезд по его индивидуальным цветам или частотам, что-то вроде призмы или радуги.
В этом разложенном свете астрономов особенно интересуют линии поглощения: «Когда мы наблюдаем звезду, металлы, составляющие газ между звездой и нами, поглощают очень небольшую часть света характерным образом с определенной частотой, что позволяет нам не только идентифицировать их присутствие, но и сказать, какой это металл и в каком количестве », – продолжает он.
Разработан новый метод наблюдения полной металличности
В течение 25 часов группа ученых наблюдала атмосферу 25 звезд с помощью телескопа Хаббл и Очень большого телескопа (VLT) в Чили. Эта проблема? Эти спектрографы не могут сосчитать пыль, даже если она содержит металлы. Поэтому команда Анналисы Де Киа разработала новую технику наблюдений. «Это включает в себя учет общего состава газа и пыли путем одновременного наблюдения за несколькими элементами, такими как железо, цинк, титан, кремний и кислород», – объясняет исследователь из Женевы. "Затем мы можем отследить количество металлов, присутствующих в пыли, и добавить его к количеству, уже определенному предыдущими наблюдениями, чтобы получить общее."
Благодаря этой технологии двойного наблюдения астрономы обнаружили, что не только среда Млечного Пути неоднородна, но и что некоторые из изученных областей достигают только 10% солнечной металличности. «Это открытие играет ключевую роль в разработке теоретических моделей формирования и эволюции галактик», – говорит Йенс-Кристиан Крогагер, исследователь из отдела астрономии UNIGE. «С этого момента нам нужно будет улучшить моделирование, увеличив разрешение, чтобы мы могли учесть эти изменения металличности в разных местах Млечного Пути."
Эти результаты оказывают сильное влияние на наше понимание эволюции галактик и, в частности, нашей собственной.
Действительно, металлы играют фундаментальную роль в образовании звезд, космической пыли, молекул и планет. И теперь мы знаем, что новые звезды и планеты могут образовываться сегодня из газов с совершенно другим составом.