Νέα ανάλυση φασμάτων από το James Webb Space Telescope (JWST), σε συνδυασμό με επίγεια δεδομένα από το Very Large Telescope (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO), δείχνει ότι σε εννέα πρώιμους γαλαξίες υπάρχει πολύ μεγαλύτερη αναλογία μικρότερων, λιγότερο φωτεινών άστρων από ό, τι θεωρούνταν. Σε έναν από τους μελετημένους γαλαξίες —ο οποίος σχηματίστηκε λιγότερο από 1,5 δισεκατομμύριο χρόνια μετά το Big Bang— η νέα εκτίμηση της συνολικής αστρικής μάζας αυξάνεται έως και τέσσερις φορές σε σχέση με προηγούμενες μετρήσεις.

Τι σημαίνει αυτή η ανακάλυψη

Ένα παράδοξο στην παρατήρηση γαλαξιών είναι ότι το συνολικό φάσμα κυριαρχείται από τα πιο φωτεινά άστρα μεγάλης μάζας, οπότε τα ίχνη των μικρότερων συχνά «χάνονται» στο συνολικό φως. Η ευαισθησία του JWST, σε συνδυασμό με υψηλής ποιότητας φασματοσκοπικά δεδομένα και συμπληρωματικές παρατηρήσεις από το VLT, επέτρεψε τώρα την ανάδειξη λεπτών γραμμών και μορφών στο φάσμα που συνδέονται με πληθυσμούς χαμηλής μάζας.

Αν αυτό το αποτέλεσμα γενικευτεί, οι εκτιμήσεις για τη συνολική αστρική μάζα των πρώιμων γαλαξιών —και, επομένως, για τη βαρυτική τους δυναμική και την ιστορία σχηματισμού αστέρων— μπορεί να χρειαστούν σημαντική αναθεώρηση. Η εργασία δημοσιεύτηκε στις 18 Αυγούστου στο Nature Astronomy από ομάδα με επικεφαλής τη Mariska Kriek (Leiden University) και περιλαμβάνει συνεισφορές των Chloe Cheng και Martje Slob.

Μεθοδολογία σε σύντομη μορφή

Οι ερευνητές συνέκριναν τα υψηλής ευαισθησίας φάσματα του JWST με επίγεια φασματοσκοπία του VLT για να ξεχωρίσουν τα λεπτά χαρακτηριστικά που υποδεικνύουν την παρουσία αστέρων χαμηλής μάζας. Όπως επισημαίνουν, δεν αρκεί απλώς η συλλογή περισσότερου φωτός· ήταν επίσης απαραίτητες νέες τεχνικές ανάλυσης για να απομονωθούν τα ασθενή σήματα μέσα στο συνολικό φάσμα κάθε γαλαξία.

Η διαφορά που εντοπίστηκε αφορά την κατανομή αστρικών μαζών: οι πρώιμοι γαλαξίες που μελετήθηκαν φαίνεται να έχουν μεγαλύτερο κλάσμα μικρότερων αστέρων σε σχέση με σύγχρονους γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας μας. Η υπόθεση ότι η κατανομή αρχικών μαζών των αστέρων ήταν σταθερή στο χρόνο —η λεγόμενη αρχική συνάρτηση μάζας (initial mass function, IMF)— τίθεται τώρα υπό αμφισβήτηση ως γενικός κανόνας.

Επιπτώσεις

Μια μεγαλύτερη «κρυμμένη» μάζα σε μικρά άστρα αλλάζει υπολογισμούς σε πολλούς τομείς: από την εκτίμηση της συνολικής μάζας των γαλαξιών έως την ιστορία του ρυθμού σχηματισμού αστέρων στο πρώιμο σύμπαν. Επιπλέον, επειδή πολλοί πλανήτες περιστρέφονται γύρω από μικρά, μακρόβια άστρα, η ανακάλυψη υποδεικνύει ότι ίσως υπήρξαν περισσότερα πλανητικά συστήματα νωρίς στην κοσμική εποχή από ό, τι πιστεύαμε —μια δυνατότητα που ανοίγει νέες γραμμές έρευνας για την πρώιμη εξάπλωση πλανητών.

Περιορισμοί και επόμενα βήματα

Οι συγγραφείς τονίζουν τον περιορισμό του μικρού δείγματος· τα συμπεράσματα προκύπτουν από εννέα γαλαξίες και πρέπει να επαληθευθούν σε μεγαλύτερο και παλαιότερο δείγμα. Η ομάδα σκοπεύει να εφαρμόσει την ίδια μέθοδο σε περισσότερα αντικείμενα και να προσεγγίσει εποχές ακόμα πιο κοντινές στη «γέννηση» των πρώτων άστρων, όπου θα φανεί αν η πληθυσμιακή υπεροχή μικρότερων αστέρων είναι ευρέως διαδεδομένο φαινόμενο.

Η μελέτη προσφέρει έναν πρακτικό τρόπο για να εξετάσουμε και να βελτιώσουμε τα μοντέλα σχηματισμού γαλαξιών: τα καλύτερα φάσματα του JWST, σε συνδυασμό με ισχυρές επίγειες παρατηρήσεις και εξελιγμένες αναλύσεις, αποκαλύπτουν όψεις των γαλαξιών που μέχρι τώρα ήταν κρυμμένες πίσω από το φως των πιο φωτεινών άστρων.