Nowa hipoteza: W jaki sposób supermasywne gwiazdy ukształtowały najstarsze gromady kuliste Wszechświata

Międzynarodowy zespół badaczy przedstawił przełomową koncepcję teoretyczną, która rzuca nowe światło na mechanizm powstawania najstarszych struktur gwiezdnych we Wszechświecie – gromad kulistych. Model ten łączy ich ewolucję z istnieniem Gwiazd Ekstremalnie Masywnych (GEM). Praca ta, opublikowana na łamach prestiżowego czasopisma „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, otwiera zupełnie nową perspektywę na wczesne dzieje kosmosu i procesy chemicznego wzbogacania materii.

U podstaw tej hipotezy leży założenie, że w burzliwych i gęstych warunkach gazowych panujących we wczesnym Wszechświecie, mogły uformować się gwiazdy o masie przekraczającej tysiąc mas Słońca. Niektóre z nich, według szacunków, osiągały imponujące 10 000 mas Słońca. Te kosmiczne giganty, pomimo swojego wyjątkowo krótkiego cyklu życia – trwającego zaledwie jeden do dwóch milionów lat – zdążyły spalać wodór w procesach termojądrowych i emitować niezwykle potężne wiatry gwiezdne, które miały kluczowe znaczenie dla otoczenia.

Wiatry te niosły ze sobą produkty spalania w wysokiej temperaturze, które następnie ulegały wymieszaniu z otaczającym gazem. Proces ten stworzył idealne warunki do narodzin kolejnych generacji gwiazd, charakteryzujących się unikalnym, „zanieczyszczonym” składem chemicznym. Jest to kluczowy element wyjaśniający obserwowaną anomalię w składzie gromad kulistych, które stanowią jedne z najbardziej pierwotnych obiektów kosmicznych.

Wśród kluczowych autorów badania znajdują się profesor Mark Giles z Instytutu Nauk Kosmologicznych Uniwersytetu w Barcelonie (ICCUB) oraz Instytutu Badań Kosmicznych Katalonii (IEEC), a także współautor Paolo Padoan z Dartmouth College. Profesor Padoan podkreślił, że przedstawiona koncepcja jest w doskonałej zgodności z danymi uzyskanymi przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), co wskazuje na decydującą rolę Gwiazd Ekstremalnie Masywnych w kształtowaniu się pierwszych galaktyk.

Gromady kuliste, będące gęstymi skupiskami setek tysięcy lub nawet milionów gwiazd, stanowią najstarsze „archiwa” kosmosu, których udokumentowany wiek przekracza 10 miliardów lat. Ich nietypowy i złożony skład chemiczny, obejmujący podwyższone stężenia pierwiastków takich jak azot, hel, tlen, sód, magnez i aluminium, przez długi czas stanowił jedną z największych zagadek astrofizyki. Nowa propozycja badawcza oferuje eleganckie rozwiązanie tej anomalii: te charakterystyczne chemiczne „odciski” zostały pozostawione przez produkty życiowe GEM, które wzbogaciły gaz macierzysty, zanim ich gwałtowne eksplozje jako supernowe zdążyłyby zmienić skład chemiczny całego obłoku gazu w sposób nieodwracalny i jednorodny.

Naukowcy spekulują również, że grawitacyjny kolaps tych kolosalnych gwiazd prawdopodobnie doprowadził do powstania czarnych dziur o masie pośredniej. Obiekty te mogą zostać wykryte w przyszłości za pomocą obserwacji fal grawitacyjnych. W ten sposób praca ta kreśli spójny obraz, łączący fizykę formowania się gwiazd, ewolucję gromad oraz wczesne wzbogacenie chemiczne Wszechświata. Co istotne, współczesne obserwacje prowadzone przez JWST ujawniły podwyższoną zawartość azotu w młodych galaktykach, co, zgodnie z modelem, jest bezpośrednią konsekwencją dominacji gromad ukształtowanych pod wpływem Gwiazd Ekstremalnie Masywnych.