国際的な天体物理学者のチームが、極めて質量の大きな星が宇宙の最初の星団と銀河をどのように形成したかを説明するモデルを開発した。これらの巨星は、太陽の数千倍の重さを持ち、古い球状星団に化学的な痕跡を残し、初期のブラックホールを播種した可能性がある。この発見は、星形成をジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測と結びつける。
バルセロナ大学の宇宙科学研究所（ICCUB）とカタルーニャ宇宙研究所（IEEC）のICREA研究者マーク・ジールズ氏が率いる国際チームは、太陽質量の1,000倍以上の極めて質量の大きな星（EMS）に関する新しいモデルを作成した。Monthly Notices of the Royal Astronomical Societyに掲載されたこの研究は、これらの短命の巨星が宇宙で最も古い星団の形成と初期の発達をどのように形成したかを示している。
球状星団（GCs）は、数十万から数百万の星が密集した球状の集合体で、ほぼすべての銀河で見られ、銀河系も含まれる。ほとんどのものは100億年以上前に形成され、ビッグバン直後に現れた。これらの星団内の星は、ヘリウム、窒素、酸素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムのレベルが変動する異常な化学組成を示しており、—元々のガスを変えたプロセスを示唆する謎の変動である。
このモデルは、初期宇宙の条件に適用された慣性流入理論を拡張したものである。質量の大きな星団では、乱流のガス流が自然に1,000から10,000太陽質量の範囲のEMSを生成する。これらの星は、高温の水素融合生成物で満たされた強力な風を発生させ、純粋なガスと混合して、後続の星に独特の化学的指紋を作成する。
「私たちのモデルは、数個の極めて質量の大きな星だけで、全体の星団に持続的な化学的痕跡を残すことを示している」と、マーク・ジールズ（ICREA-ICCUB-IEEC）は説明する。「これにより、球状星団の形成物理学が今日観測される化学的署名とついに結びついた。」
ジュネーブ大学の研究者ローラ・ラミレス・ガレアノとコリン・シャルボネルは、「極めて質量の大きな星の中心での核反応が適切な豊度パターンを生み出すことはすでに知られていた。私たちは今、質量の大きな星団でこれらの星を形成するための自然な経路を提供するモデルを持っている」と付け加える。
このプロセスは、超新星爆発前に1〜2百万年以内に展開し、超新星物質による汚染を避ける。この発見は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で観測された窒素豊富な銀河にまで及び、これらは初期の銀河進化からのEMSが支配するGCsを含む可能性が高い。
「極めて質量の大きな星は、最初の銀河の形成で重要な役割を果たした可能性がある」と、パオロ・パドアン（ダートマス大学およびICCUB-IEEC）は指摘する。「その輝度と化学的生成物は、JWSTで初期宇宙で観測される窒素-enrichedプロト銀河を自然に説明する。」
これらの星は、100太陽質量以上の質量の中間ブラックホールに崩壊すると考えられており、重力波で検出可能である可能性がある。この研究は、Monthly Notices of the Royal Astronomical Society（2025; 544 (1): 483, DOI: 10.1093/mnras/staf1314）に詳細に記述されており、初期宇宙での星形成、化学的豊度、ブラックホールの起源に対する統一的な説明を提供する。