Większość gwiazd w obecnym Wszechświecie to układy podwójne. Wyniki najnowszych symulacji pozwalają wysnuć przypuszczenie, że teza ta była prawdziwa przez długi czas, nawet zaledwie 200 milionów lat po Wielkim Wybuchu…

Grupa prowadzona przez Dr Matthew Turka ze Stanford University przeprowadziła komputerową symulację ewolucji pierwotnego obłoku materii o masie około 50 razy większej od Słońca. W trakcie badań okazało się, że powstają dwa zagęszczenia, każde o masie ponad 5 mas Słońca, z separacją około 800 jednostek astronomicznych. Jedno z zagęszczeń jest dwa razy masywniejsze od drugiego, i najprawdopodobniej w rzeczywistości zagęszczenia te obrastałyby w masę przyciagając coraz więcej gazu, ostatecznie tworząc protogwiazdy, tak jak wykazuje symulacja.

Odkrycie to wcale nie przedstawia oczywistych wniosków, gdyż według wcześniejszych symulacji hydrodynamicznych pierwsze obiekty we Wszechświecie świecące własnym światłem miały masę pomiedzy 30 a 300 masami Słońca, i były wyizolowane od pozostałych gwiazd.

Model komputerowy zaczyna ewolucję pierwotnego materiału przy przesunięciu ku czerwieni z=99. Uwzględniono wszystkie kosmologiczne warunki początkowe, łącznie z zakładanym stosunkiem zwykłej do ciemnej materii. Symulacja kończy się na z=19.08 (189 milionów lat po Wielkim Wybuchu), kiedy Wszechswiat był 30 razy mniejszy niz obecnie. Przestrzenne rozmieszczenie ciemnej materii także podlegało zmianom – w tym punkcie zapadające się grawitacyjnie halo ciemnej materii podzielilo sie na dwie części. Dwa powstałe jadra zwykłej materii miały masę około 10 i 6 mas Słońca. Pozostaje nietrywialne pytanie : czy te jądra, nawet poczatkowo osobne, nie połączą się w jedno zanim powstaną z nich gwiazdy? Okazuje się, że przez ponad 3600 lat od momentu utworzenia gwiazd jądra nie znajdą się bliżej siebie niz 100 jednostek astronomicznych.

Kiedy te pierwsze, jasne gwiazdy zabłysnęły własnym swiatłem, skończyły sie “Wieki Ciemne” w historii Wszechświata. Promieniując intensywnie w ultrafiolecie, oczyszczały one przestrzeń wypełnioną przez pochłaniający światło, neutralny gazowy wodór jonizując go. Dookoła tych pierwszych gwiazd powstawały bąble przestrzeni przezroczystej dla promieniowania. Ze względu na dużą masę, pierwsze pokolenie gwiazd III Populacji miało bardzo krótki czas życia. Prawdopodobnie potrzebne było kolejne pokolenie gwiazd, i kilkaset milionów lat, by całkowicie oczyścić Wszechswiat z neutralnego wodoru. Obserwacje kwazarów, takich jak SDSS J1030+0524 wskazują na obecność ostatnich śladów neutralnego wodoru około 860 do 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Symulacja przewidująca powstawanie układów podwójnych ma duże znaczenie nie tylko w lepszym wyobrażeniu warunków jakie panowaly w bardzo wczesnych stadiach ewolucji Wszechświata. Oddziaływanie tak masywnych gwiazd byłoby źródłem fal grawitacyjnych, których pomimo poszukiwań wciąż nie wykryto eksperymentalnie. Dodatkowo układ podwójny może też kreować wysokoenergetyczne rozbłyski gamma (GRB – gamma ray bursts), których pochodzenie jest obecnie przedmiotem intensywnych badań. Artykuł naukowy opisujący symulację zostanie opublikowany w przyszłym tygodniu w czasopiśmie “Science”.

Autor

Krzysztof Suberlak