A galáxia anã Sextans A é pobre nos elementos que os astrônomos chamam coletivamente de metais. No entanto, as observações do Telescópio Espacial James Webb indicam que as suas duas estrelas mais antigas estão a produzir poeira a partir de carboneto de silício e, possivelmente, de ferro metálico quase puro.
Este emparelhamento é importante porque o silício e o ferro não são elementos que estas estrelas possam produzir em abundância para si mesmas. Eles herdaram um pequeno suprimento de gerações anteriores de estrelas. Os modelos, portanto, tendem a prever que a poeira contendo estes elementos se tornará mais rara à medida que a metalicidade diminui.
Os resultados não mostram uma galáxia antiga capturada no universo primitivo. Sextans A está próximo, a cerca de quatro milhões de anos-luz de distância. Tem valor como análogo químico local: os astrônomos podem resolver estrelas individuais em ambientes contendo cerca de 1 a 7 por cento da abundância de metais do Sol.
Seis estrelas antigas sob o olho infravermelho de Webb
EstudarO telescópio espacial foi liderado e publicado por Martha Boyer do Science Institute Jornal AstrofísicoWebb usou o espectrômetro de baixa resolução no Mid-Infrared Instrument, ou MIRI. A equipe examinou seis estrelas assintóticas de ramos gigantes em Sextans A: cinco estrelas ricas em carbono e uma estrela do tipo M rica em oxigênio.
As estrelas do ramo gigante assintótico, ou AGB, são estrelas de massa baixa e intermediária nos estágios finais de evolução. Eles ficam sem hidrogênio em seus núcleos e depois incham, pulsam e liberam suas camadas externas através do vento estelar. Quando o gás expelido se afasta e esfria, os átomos e moléculas podem condensar-se em sólidos microscópicos. Esses grãos entram no espaço interestelar, onde alguns sobrevivem para se tornarem material de estrelas, asteróides e planetas.
O alvo rico em oxigénio, listado como estrela 90034, provavelmente começou com cerca de quatro a cinco vezes a massa do Sol. Outro resultado lista a estrela de carbono central como 90428. Webb não conseguiu detectar a mesma poeira em torno de ambas. Encontrou evidências de duas rotas diferentes através da mesma deficiência de elementos pesados.
O carboneto de silício deixa uma impressão digital reconhecível
A estrela 90428 mostrou emissão perto de um comprimento de onda de 11,3 micrômetros. Esta é uma propriedade infravermelha característica do carboneto de silício ou SiC. Seu espectro também contém forte absorção de acetileno, consistente com uma atmosfera rica em carbono. Os autores descreveram a detecção de SIC como definitiva.
As estrelas de carbono têm uma vantagem em ambientes pobres em metais. Durante os episódios AGB, eventos de mistura repetidos podem dragar o carbono recém-sintetizado do interior estelar para a superfície. Uma vez que o carbono excede o oxigênio, o excesso de carbono amorfo pode condensar-se em grãos. A Star fornece parcialmente suas próprias matérias-primas.
O silício é diferente. Uma estrela AGB não o reabastece da mesma maneira. O silício disponível para os grãos de SiC reflete em grande parte o material a partir do qual a estrela é formada. UM Revisão independente de 2024 das fontes de poeira no universo primitivo Observe que a produção de SiC e grãos de ferro deve ser menos eficiente à medida que a metalicidade diminui.
Sextans A é agora a galáxia de menor metalicidade conhecida por hospedar uma estrela com poeira de SiC detectada. Esse registro seis pertence a um objeto em uma amostra. Isto não estabelece que o carboneto de silício seja abundante em toda a galáxia, e o estudo observa que algumas estrelas de carbono pobres em metais com SiC comparável podem ser mais incomuns do que o normal.
Os resultados do ferro são uma estimativa baseada em modelo
Star 90034 apresentou um problema diferente. Sua emissão infravermelha mostrou um forte excesso, indicando poeira circunstelar quente, mas faltou a emissão clara de silicato normalmente esperada em torno de 10 micrômetros. O espectro era relativamente suave.
Os pesquisadores compararam a distribuição de potência espectral observada com modelos contendo diferentes misturas de grãos. Um modelo dominado pelo ferro metálico reproduz melhor isso. As adaptações são feitas utilizando carbono amorfo ou grãos grandes de silicato. O modelo preferido permite menos de um por cento de pó de silicato, embora uma contribuição tão pequena não possa ser excluída.
Portanto, é razoável dizer que provavelmente estão produzindo pó de ferro. Seria muito forte dizer que Webb identificou diretamente o ferro da mesma forma que as características do SiC. O ferro metálico absorve a luz de forma eficiente, mas produz um continuum infravermelho em grande parte incaracterístico, de modo que a conclusão depende de comparações de modelos e composições alternativas que não correspondem aos dados.
Aqui está outra armadilha linguística. Eles não estão forjando núcleos de ferro novos. Ele está condensando os átomos de ferro herdados do ar em grãos sólidos. O que é surpreendente é que este processo parece funcionar apesar de começar com um inventário tão pequeno de estrelas.
Por que a rota comum do silicato pode falhar
Em uma estrela AGB rica em metal e contendo oxigênio, magnésio, silício e oxigênio podem ser incorporados em silicatos como a olivina. Sextans A começou com muito pouco magnésio e silício. A estrela 90034 também pode queimar no fundo quente, onde a base do seu envelope de condução fica quente o suficiente para o processamento nuclear. Isto pode reduzir a abundância superficial de oxigênio e magnésio necessária para grãos de silicato conhecidos.
Sob estas condições, a formação de silicato pode parar enquanto o ferro metálico ainda está em condensação. O ferro não é uma opção depois que outros elementos desaparecem. Só pode ser difícil o que esta química específica do ar permite.
O potencial de produção estimado é substancial. Se a taxa de produção medida continuar ao longo dos últimos 20.000 a 30.000 anos de evolução do AGB da estrela, o artigo calcula que produziria cerca de 0,9 a 3,7 vezes a quantidade de pó de ferro prevista pelos modelos existentes, dependendo da massa estelar assumida. A gama estende-se desde um acordo próximo até um claro excesso. Não deveria cair em alegações de que todos os modelos falharam.
Um análogo próximo, não uma fotografia das primeiras galáxias
NASA descreve os sextantes O Sol tem cerca de 3 a 7 por cento do seu conteúdo metálico, enquanto o artigo discute uma gama mais ampla de até cerca de 1 por cento para a sua população estelar. A frase “quase nada” é defensável em comparação com a Via Láctea, mas isso não significa que a galáxia esteja livre de metais.
Ou o mesmo que a grande era da baixa metalicidade. Sextans A é uma galáxia anã irregular próxima com formação estelar contínua. Os astrónomos estudam-na porque a sua química se assemelha às condições mais comuns em galáxias jovens, enquanto a sua proximidade permite que a rede de estrelas individuais se confunda com um elevado desvio para o vermelho.
Isso o torna um caso de teste útil, não uma reconstrução perfeita. As primeiras galáxias experimentaram diferentes campos de radiação, densidades de gás, histórias de fusão e taxas de formação de estrelas. Um caminho de poeira visto em Sextans A ainda precisa ser demonstrado que funciona extensivamente antes que possa ser inserido com segurança em modelos do universo distante.
Por que o envelhecimento rápido é importante
A poeira nas primeiras galáxias apresenta um problema de tempo. A web detectou poeira considerável em sistemas vistos quando o universo era jovem, mas o AGB, que produz carbono em massa muito menor, levou milhões de anos para evoluir. O crescimento de grãos em supernovas e nuvens interestelares é, portanto, geralmente responsável por grande parte do trabalho inicial.
Estrelas AGB de alta massa evoluem rapidamente. O artigo de Boyer argumenta que as estrelas próximas do limite superior da faixa de massa do AGB podem começar a retornar à poeira cerca de 30 a 50 milhões de anos após a formação. Se a produção inferida de ferro metálico em torno da estrela 90034 for comum, estas estrelas podem contribuir mais cedo e com uma mistura de grãos diferente de muitos modelos de evolução de poeira.
Esse “se” carrega a maior parte do peso científico. Seis estrelas foram observadas no estudo. As propriedades confirmadas do SiC pertencem a um, e o possível ar dominado pelo ferro, a outro. Os autores claramente pedem observações de uma população maior de estrelas AGB massivas e pobres em metais antes de tirar conclusões sobre o orçamento de poeira de toda a galáxia.
Sextans A não resolveu a origem das partículas de poeira no universo primitivo. Isto revelou um caminho plausível que poderia subestimar os desvios padrão. Mesmo onde falta material formador de rocha conhecido, estrelas envelhecidas podem solidificar uma fina sucessão de elementos aparentemente pesados, e a composição desses grãos pode ser tão importante quanto a sua massa total.
