JWST обнаружил неожиданно много галактик с избытком азота в ранней Вселенной

Международная группа астрономов представила на arXiv.org результаты анализа ранних спектров, полученных телескопом JWST. Исследование выявило значительное число галактик с избытком азота (NOEG) на красных смещениях z от 4 до 8,5 — всего обнаружено 76 таких объектов, что стало крупнейшей выборкой для высоких красных смещений.

Доля NOEG растёт от примерно 3% на z?4 до 18% на z?7, что резко контрастирует с локальной Вселенной, где лишь около 2% галактик демонстрируют подобное обогащение азотом. Авторы связывают это с более активным и кластеризованным звездообразованием в ранней Вселенной, создающим условия для быстрого обогащения межзвёздной среды.

Анализ сложенных спектров наиболее азот-богатых галактик показал признаки присутствия малометалличных звёзд Вольфа-Райе. Именно эти массивные звёзды, по мнению учёных, являются основным источником первичного азота в первые несколько миллионов лет после вспышки звездообразования. Ультрафиолетовый и оптический континуум таких галактик доминируется излучением молодых звёзд, а в некоторых случаях заметны бальмеровские скачки.

У многих NOEG зафиксированы ионизированные истечения газа: у 40% обнаружены вторые компоненты линий [O III] и H?, а сложенные спектры остальных демонстрируют уширенную и смещённую H? без запрещённых линий, что указывает на запылённые или остывшие потоки. Континуум последних имеет слабый бальмеровский разрыв, свидетельствующий о том, что эти галактики уже прошли пик звездообразования.

Авторы предполагают, что истечения разбавляют металличность газа после первых миллионов лет обогащения и позволяют малометалличным звёздам асимптотической ветви гигантов (AGB) снова повысить содержание азота. Таким образом, NOEG фиксируются в короткий промежуток после недавней вспышки звездообразования: либо в первые ~10 млн лет, когда ветры звёзд Вольфа-Райе обогащают среду, либо через 30–40 млн лет, когда эстафету принимают звёзды AGB.

Открытие бросает вызов стандартным моделям химической эволюции галактик, которые не предсказывали столь высокое содержание азота на ранних этапах. Новые данные помогут уточнить механизмы обогащения межзвёздного газа и роль звёздных ветров в формировании химического состава галактик уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.