För första gången har forskare kunnat förklara mysteriet bakom den ovanliga kemiska sammansättningen i en av universums mest avlägsna galaxer. Den toppmoderna teoretiska modellen som genombrottsforskningen har etablerat kan vara en nyckel till vår bättre förståelse av det avlägsna universum.
Professor Chiaki Kobayashi vid Centre for Astrophysics Research (CAR) vid University of Hertfordshire ledde den banbrytande forskningen med hjälp av data från James Webb Space Telescope (JWST).
Galaxen som professor Kobayashi undersökte kallas GN-z11â'placerad' bara 440 miljoner år efter Big Bang. JWST:s tagna spektra indikerade dock ett ovanligt högt överflöd av kväve i GN-z11, vilket har förvånat många forskare.
Under Big Bang produceras bara lätta grundämnen, och kol och tyngre grundämnen tillverkas i stjärnor och distribueras i det interstellära mediet när stjärnorna dör efter 13,8 miljarder år av kosmisk tid.
Hittills har en av de hypoteser som lagts fram för att förklara närvaron av så mycket kväve i galaxen varit den möjliga grundämnesproduktionen från en supermassiv stjärna, 50 000 till 100 000 gånger mer massiv än vår sol.
Men professor Kobayashis forskning har inte bara motbevisat den hypotesen om supermassiva stjärnor och möjligen även det kvarvarande supermassiva svarta hålet. Istället har hon etablerat ett nytt sätt att förstå tidiga galaxer.
Professor Chiaki Kobayashi, professor i astrofysik vid University of Hertfordshire, sa:"Galaxen berättar inte om en ovanlig stjärna utan en ovanlig episod av galaxlivet. Vi fann att tidiga galaxer har "sprängd" stjärnbildning, vilket orsakar detta ovanliga. kemisk sammansättning "
"Under den korta perioden i vår modell, beräknad till endast en miljon år, är kväveförekomsten mycket mer förstärkt än syre."
"Vår teoretiska modell - som inte kräver några speciella anrikningskällor precis som med vanliga stjärnor som i vår galax - förutsäger också alla elementära överflöd, som vi inte kan upptäcka ens med det bästa teleskopet vi har nu."
Den sprängda stjärnteoretiska modellen hjälper till att låsa upp vår förståelse av det tidiga universum, förklarar professor Kobaysahi, som också studerar kärnastrofysik.
"I vår modell upplever galaxen en intermittent, sprucken stjärnbildning, och ganska massiva döende stjärnor som kallas Wolf-Rayet-stjärnor producerar just detta element, kväve innan stora tunga grundämnen som syre produceras av supernovor."
"Vad vi tror, och detta är otroligt spännande för alla som studerar vårt universum, är att denna modell bevittnar en mycket dramatisk evolutionär fas för galaxer."
När det gäller framtiden och vad upptäckten betyder för astrofysik, tillade professor Kobayashi:"Vi skulle vilja se många fler galaxer som denna galax, med ovanlig kemisk sammansättning."
"Vi skulle också vilja se fler andra element i dessa galaxer än kväve och syre. Eftersom olika grundämnen produceras från olika typer av stjärnor på olika tidsskalor, är elementära överflödsmönster fossilregistret för att förstå universums historia. Jag kallar detta närma sig 'extra-galaktisk arkeologi.'"
Resultaten publiceras i The Astrophysical Journal Letters .
Mer information: Chiaki Kobayashi et al, Rapid Chemical Enrichment by Intermittent Star Formation i GN-z11, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1de1
Tillhandahålls av University of Hertfordshire
