Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har deltagit i upptäckten av en grupp metallfattiga stjärnor höljda i en stor mängd järndamm belägna i det stora magellanska molnet. Denna studie involverade en kombination av teoretiska modeller av bildandet av damm i cirkumstellära höljen med infraröda observationer tagna med Spitzer Space Telescope. Arbetet inkluderar förutsägelser för det framtida rymdteleskopet James Webb.

Stjärnor med massor mellan en och åtta gånger solens massa utvecklas längs den asymptotiska jättegrenen (AGB) innan de avslutar sina liv som vita dvärgar. Det är under denna snabba men avgörande fas när stjärnorna expanderar till enorma dimensioner och svalnar, förlorar en stor del av sin massa på grund av starka stjärnvindar. Vindarnas låga temperatur och höga täthet ger idealiska förhållanden för kondensering av dammkorn i deras cirkumstellära höljen.

Dammet som produceras av stjärnorna i deras AGB-fas och drivs ut i det interstellära mediet är viktigt för galaxernas liv, eftersom det utgör en väsentlig komponent för bildandet av nya stjärnor och planeter. Att karakterisera om dammet är sammansatt av organiska komponenter i fast tillstånd eller oorganiska komponenter och att bestämma mängden damm är viktigt för det astronomiska samfundet.

Astrofysiska tidskriftsbrev har publicerat den nya studien, som har svar på pussel i en märklig grupp av massiva AGB-stjärnor belägna i det stora magellanska molnet. Genom att jämföra de infraröda observationer som gjorts med Spitzer Space Telescope (och förutsägelser för det framtida James Webb Space Telescope) med de teoretiska modeller som utvecklats av denna grupp, studien rapporterar att dessa stjärnor väger runt fem solmassor, bildades för cirka 100 miljoner år sedan, och är fattiga på metaller som järn, magnesium och kisel. Oväntat, forskarna upptäckte att de infraröda spektrala energifördelningarna endast kan reproduceras om järndamm är den huvudsakliga komponenten i deras cirkumstellära höljen. Detta är ovanligt kring massiva AGB-stjärnor. Det var tidigare känt att sådana stjärnor huvudsakligen producerar silikater, magnesium och stora mängder syre och kisel. Men detta fynd är ännu mer överraskande, med tanke på den metallfattiga miljön för stjärnorna som studeras.

Studien karaktäriserar för första gången denna klass av stjärnor med unika spektrala egenskaper. "Den låga metalliciteten hos dessa jättestjärnor skapar speciella förhållanden, tillåter bildning av stora mängder järndamm, " förklarar Ester Marini, artikelns första författare och doktorand vid Roma Tre University. "Faktiskt, i metallfattiga miljöer, den komplexa nukleosyntesen inom massiva AGB-stjärnor är så avancerad att den bränner upp nästan allt magnesium och syre, nödvändigt för att bilda andra typer av damm såsom silikater."

Under dessa särskilda förhållanden, järndamm blir huvudkomponenten i dammet som bildas av dessa stjärnor. "Detta resultat är en viktig bekräftelse på teorin om järndamm i metallfattiga miljöer, redan antytts i oberoende observationsbevis, " säger IAC-forskaren Aníbal García Hernández, en medförfattare till verket.

"Ankomsten av James Webb Space Telescope (JWST) kommer att öppna upp nya möjligheter för att undersöka detta fall på djupet, " säger Flavia Dell'Agli, en postdoktor vid IAC och andra författare till artikeln. "Det framtida teleskopet kommer att avsevärt öka antalet upplösta extragalaktiska AGB-stjärnor, " hon säger, och tillägger att MIRI-instrumentet på JWST kommer att vara "idealiskt för att identifiera denna klass av stjärnor i andra galaxer i den lokala gruppen."