บาคาร่าเว็บตรงกาแล็กซีที่ขาดออกซิเจนซึ่งทำลายสถิติอาจเต็มไปด้วยเศษกระสุนของดาวฤกษ์ขนาดมหึมา

ดาราจักรกำเนิดดาวที่มีออกซิเจนน้อยที่สุดเท่าที่เคยพบบาคาร่าเว็บตรงมาบ่งชี้ว่าดาราจักรแรกที่จะเกิดขึ้นหลังจากการกำเนิดของเอกภพเปล่งประกายด้วยดาวมวลมหาศาลที่ทิ้งไว้เบื้องหลังหลุมดำขนาดใหญ่ดาราจักรดังกล่าวหาได้ยากในขณะนี้ เพราะเกือบจะทันทีที่ดาราจักรเริ่มก่อตัวดาวฤกษ์ ดาวมวลสูงจะผลิตออกซิเจนจำนวนมหาศาล ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาลรองจากไฮโดรเจนและฮีเลียม นักดาราศาสตร์ให้รางวัลแก่กาแล็กซีดังกล่าวไม่กี่แห่งที่อยู่ใกล้บ้าน เพราะพวกเขาให้ภาพคร่าวๆ ว่าสภาพเป็นอย่างไรในเอกภพยุคแรกๆก่อนที่ดาวจะสร้างออกซิเจนได้มาก ( SN: 8/7/19 )

อัตราส่วนออกซิเจนต่อไฮโดรเจนของดาราจักรใหม่ 

ซึ่งเป็นการวัดระดับมาตรฐานของปริมาณออกซิเจนสัมพัทธ์ในจักรวาลต่ำกว่าร้อยละ 2 ของดวงอาทิตย์นักวิจัยรายงานในบทความที่ปรากฏในวารสาร Astrophysical Journalและโพสต์ออนไลน์เมื่อวันที่ 22 มีนาคมที่ arXiv.org .

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Takashi Kojima ผู้ซึ่งร่วมกับเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบวัตถุดังกล่าวในขณะที่เขาอยู่ที่มหาวิทยาลัยโตเกียวกล่าวว่า “มันค่อนข้างยากที่จะหยิบวัตถุที่หายากเช่นนี้

ชื่อ HSC J1631+4426 ดาราจักรที่ทำลายสถิติซึ่งพบโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ซูบารุในฮาวาย อยู่ห่างจากโลก 430 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวเฮอร์คิวลีส ดาราจักรเป็นดาวแคระ โดยมีดาวฤกษ์สร้างออกซิเจนน้อยกว่าทางช้างเผือกมาก ดาวฤกษ์จำนวนไม่มากนักเหล่านี้ได้ให้ออกซิเจนเพียงเล็กน้อยแก่รันต์ นั่นคือ ออกซิเจนหนึ่งอะตอมต่อไฮโดรเจนทุกๆ 126,000 อะตอม นั่นเป็นเพียง 1.2 ถึง 1.6 เปอร์เซ็นต์ของระดับออกซิเจนในดวงอาทิตย์

Trinh Thuan นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียในชาร์ลอตส์วิลล์กล่าวว่า

 “กาแล็กซีใหม่ทุกแห่งนั้นดี” ผู้ช่วยค้นหาแชมป์คนก่อนเมื่อสี่ปีก่อนกล่าว “เรากำลังนับจำนวน [กาแล็กซีที่มีออกซิเจนต่ำมาก] ในมือของเรา” อัตราส่วนออกซิเจนต่อไฮโดรเจนของกาแลคซีใหม่อยู่ที่ 83 เปอร์เซ็นต์ของเจ้าของสถิติก่อนหน้านี้ J0811+4730 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 620 ล้านปีแสงในกลุ่มดาวคม

galaxy I Zwicky 18

ดาราจักรที่เพิ่งค้นพบมีอัตราส่วนออกซิเจนต่อไฮโดรเจนเพียงครึ่งเดียวของ I Zwicky 18 (ในภาพ) ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นดาราจักรก่อกำเนิดดาวที่มีออกซิเจนน้อยที่สุดเท่าที่รู้จัก

NASA, ESA, A. ALOISI / สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศและองค์การอวกาศยุโรป

ใน HSC J1631+4426 โคจิมะและเพื่อนร่วมงานของเขายังพบธาตุเคมีอื่นๆ อีกมากอย่างผิดปกติ นั่นคือ ธาตุเหล็ก แม้ว่าปริมาณธาตุเหล็กโดยรวมในดาราจักรจะต่ำ แต่เราพบว่าอัตราส่วนความอุดมสมบูรณ์ของธาตุเหล็กต่อออกซิเจนนั้นสูงอย่างน่าประหลาดใจ” เขากล่าว

รูปแบบเดียวกันนี้ยังปรากฏในกาแลคซีที่ไม่มีออกซิเจนในคม ในทางตรงกันข้าม ดาวโบราณในทางช้างเผือกมักจะมีธาตุเหล็กเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับออกซิเจน นั่นเป็นเพราะว่าดาวเกิดใหม่ได้ธาตุเหล็กส่วนใหญ่มาจากการระเบิดของดาวฤกษ์ที่มีอายุยืนยาว การระเบิดเหล่านั้นไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อดาวที่เก่าแก่ที่สุดของทางช้างเผือกก่อตัวขึ้น แต่ในดาราจักรเกือบบริสุทธิ์ทั้งสองแห่ง ปริมาณธาตุเหล็กที่สัมพันธ์กับออกซิเจนนั้นสูงพอๆ กับดวงอาทิตย์ ซึ่งได้รับธาตุทั้งสองจำนวนมากจากดาวฤกษ์รุ่นก่อนๆ

Volker Bromm นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเทกซัสออสติน

ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการค้นพบกล่าวว่า “นี่เป็นรูปแบบที่ผิดปกติอย่างมาก และไม่ชัดเจนว่าจะอธิบายได้อย่างไร”

ก่อนที่โคจิมะจะได้รับปริญญาเอก ในปี 2020 เขาได้รับคำอธิบายที่เป็นไปได้: ดาวมวลสูงในกระจุกดาวหนาแน่นรวมตัวกันเพื่อสร้างโกลิอัทของดาวมากกว่า 300 เท่าของดวงอาทิตย์ ซุปเปอร์สตาร์เหล่านี้จึงระเบิดและอาบบ้านของดาราจักรด้วยธาตุเหล็กและออกซิเจน ส่งผลให้อัตราส่วนของธาตุเหล็กต่อออกซิเจนสูงในดาราจักรดึกดำบรรพ์ทั้งสองแห่งและเป็นแหล่งของออกซิเจนเพียงเล็กน้อยที่นั่น

ไม่มีดาวมวลมากขนาดนี้ที่รู้กันว่ามีอยู่ในทางช้างเผือกสมัยใหม่ แต่โคจิมะกล่าวว่าการมีอยู่ของพวกมันในดาราจักรที่สร้างดาวที่มีออกซิเจนต่ำที่สุดสองแห่งแสดงให้เห็นว่าดาราจักรดึกดำบรรพ์ก็มีพวกมันเช่นกัน

เมื่อซุปเปอร์สตาร์เสียชีวิต พวกเขาน่าจะทิ้งหลุมดำมวลปานกลาง ไว้เบื้องหลัง ซึ่งมีมวล มากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 100 เท่า ( SN: 9/2/20 ) นั่นคือมวลประมาณ 10 เท่าของหลุมดำทั่วไป ซึ่งสามารถก่อตัวขึ้นได้เมื่อดาวฤกษ์สว่างดับลง

ทีมของโคจิมะเห็นหลักฐานของหลุมดำขนาดใหญ่เหล่านี้ในกาแลคซีที่เพิ่งค้นพบ ก๊าซที่หมุนรอบหลุมดำขนาดใหญ่เช่นนี้น่าจะร้อนจนปล่อยโฟตอนพลังงานสูงหรืออนุภาคของแสงออกมา เนื่องจากพลังงานสูง โฟตอนเหล่านี้จะฉีกอิเล็กตรอนแม้กระทั่งจากอะตอมของฮีเลียม ซึ่งเกาะติดกับอิเล็กตรอนอย่างแน่นหนา และเปลี่ยนอะตอมให้เป็นไอออนที่มีประจุบวก แน่นอนว่ากาแล็กซีในเฮอร์คิวลิสปล่อยความยาวคลื่นของแสงสีน้ำเงินที่มาจากไอออนฮีเลียมดังกล่าวบาคาร่าเว็บตรง