Najnowsze symulacje komputerowe zmieniły nasze spojrzenie na rozmiar pierwszych olbrzymich gwiazd. Mimo że nadal uważamy je za olbrzymy, to już nie kilkaset, lecz tylko kilkadziesiąt razy masywniejsze od Słońca.

Tuż po Wielkim Wybuchu, około 13,7 mld lat temu, nasz Wszechświat składał się tylko z wodoru i helu. Kilkaset milionów lat później z zapadających się obłoków gazu powstały pierwsze gwiazdy. W swoich jądrach produkowały one cięższe pierwiastki, które były rozpowszechniane w przestrzeni kosmicznej przez potężne wybuchy gwiazd zwane supernowymi. Środowisko międzygwiazdowe stawało się coraz bogatsze, urozmaicając materiał, z którego powstawały nowe generacje gwiazd.

Standardowa teoria przewiduje, że pierwsze gwiazdy powinny być kilkaset razy masywniejsze od Słońca, aby zrekompensować brak cięższych pierwiastków w ich składzie. Jednakże w nowych symulacjach uzyskujemy gwiazdy o masach kilkudziesięciu mas Słońca, z czego najmniejsza miała zaledwie 43 masy Słońca.

Najcięższa uzyskana w symulacjach gwiazda miała masę 85 mas Słońca. Symulacje nie obaliły możliwości powstania gwiazd o masie ponad 100 mas Słońca, sugerują jednak, że nawet gdyby powstały, to musiałyby powstawać w bardzo niewielkiej ilości przypadków.

Nowe symulacje ujawniły także, że wzrost tych gwiazd jest hamowany wcześniej niż przypuszczano, zmniejszając maksymalną masę gwiazdy. Przyczyną tego spowolnienia jest, jak się okazało, nadspodziewanie duża temperatura otoczenia sięgająca aż 50 000K – jest to efekt silnego promieniowania nowo narodzonej gwiazdy. Gdyby temperatura tego gazu była niższa, mógłby on powoli opadać na gwiazdę, zwiększając jej masę, podczas gdy mając wysoką temperaturę, łatwo uwalnia się z pola grawitacyjnego gwiazdy.

Wyniki symulacji dostarczyły nam także nowych przewidywań na temat śmierci pierwszych gwiazd. Gdyby pierwsze gwiazdy miały rzeczywiście masę setek mas Słońca, to powinny zostawić charakterystyczny “odcisk palca” w procentowym składzie cięższych pierwiastków w kolejnych pokoleniach gwiazd, którego jednak nigdy nie udało się zaobserwować. Gdyby jednak pierwsze gwiazdy miały masę dziesiątek mas Słońca, to ich wybuchy powinny przebiegać podobnie do współczesnych wybuchów, nie pozostawiając żadnych charakterystycznych śladów, co tłumaczy negatywny wynik poszukiwań.

Autor

Dominik Suszalski