První hvězdy ve vesmíru mohly mít hmotnost více než 10 000krát větší než Slunce, tedy zhruba 1000krát větší než největší dnes žijící hvězdy, zjistila nová studie.
V současnosti mají největší hvězdy hmotnost 100 hmotností Slunce. Vědci však zjistili, že raný vesmír byl mnohem exotičtějším místem plným megaobřích hvězd, které žily rychle a umíraly velmi, velmi mladé.
A jakmile tito osudoví obři vymřeli, už nikdy neměli vhodné podmínky k tomu, aby se znovu zformovali.
Vesmírná doba temna
Před více než 13 miliardami let, krátce po velkém třesku, neměl vesmír žádné hvězdy. Nebylo nic víc než teplá polévka neutrálního plynu, téměř výhradně tvořená vodíkem a heliem. Během stovek milionů let se však neutrální plyn začal hromadit do stále hustších koulí hmoty. Toto období je známé jako kosmické temné období.
V současném vesmíru se husté koule hmoty rychle hroutí a vytvářejí hvězdy. Je to proto, že moderní vesmír má něco, co ranému vesmíru chybělo: mnoho prvků těžších než vodík a helium. Tyto prvky velmi účinně vyzařují energii pryč. Díky tomu se husté shluky velmi rychle smršťují a kolabují na dostatečně vysokou hustotu, aby se mohla spustit jaderná fúze, což je proces, který pohání hvězdy slučováním lehčích prvků na těžší.
Jediný způsob, jak získat těžší prvky, je však stejný proces jaderné fúze. Několik generací hvězd, které vznikaly, slučovaly se a zanikaly, obohatilo vesmír do dnešní podoby.
Bez schopnosti rychle uvolňovat teplo musela první generace hvězd vznikat za mnohem odlišnějších a obtížnějších podmínek.
Studené fronty
Aby tým astrofyziků pochopil záhadu těchto prvních hvězd, obrátil se na sofistikované počítačové simulace temného středověku, aby pochopil, co se tehdy dělo. O svých zjištěních informovali v lednu v článku publikovaném v preprintové databázi arXiv a předloženém k recenznímu řízení časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nová práce obsahuje všechny obvyklé kosmologické složky: temnou hmotu, která pomáhá růstu galaxií, vývoj a shlukování neutrálního plynu a záření, které může plyn ochlazovat a někdy i ohřívat. Jejich práce však obsahuje něco, co jiným chybělo: studené fronty – rychle se pohybující proudy ochlazené hmoty – které narážejí do již vytvořených struktur.
Vědci zjistili, že vzniku prvních hvězd předcházelo složité propojení interakcí. Neutrální plyn se začal shromažďovat a shlukovat. Vodík a helium uvolňovaly trochu tepla, což umožnilo shlukům neutrálního plynu pomalu dosáhnout vyšší hustoty.
Shluky s vysokou hustotou se však velmi zahřály a produkovaly záření, které rozbíjelo neutrální plyn a zabraňovalo jeho fragmentaci na mnoho menších shluků. To znamená, že hvězdy vytvořené z těchto shluků mohou být neuvěřitelně velké.
Supermasivní hvězdy
Tyto vzájemné interakce mezi zářením a neutrálním plynem vedly ke vzniku obrovských zásobníků neutrálního plynu– počátkům prvních galaxií. Plyn hluboko uvnitř těchto proto-galaxií vytvořil rychle rotující akreční disky – rychle proudící prstence hmoty, které se tvoří kolem masivních objektů, včetně černých děr v moderním vesmíru.
Na vnějších okrajích protogalaxií mezitím pršely studené fronty plynu. Nejchladnější a nejmohutnější fronty pronikly do protogalaxií až k akrečnímu disku.
Tyto studené fronty narazily do disků a rychle zvýšily jejich hmotnost i hustotu na kritickou hranici, což umožnilo vznik prvních hvězd.
Tyto první hvězdy nebyly jen obyčejné továrny na fúzi. Byly to obrovské shluky neutrálního plynu, které zapálily svá fúzní jádra najednou a přeskočily fázi, kdy se rozpadají na malé kousky. Výsledná hvězdná hmotnost byla obrovská.
Tyto první hvězdy by byly neuvěřitelně jasné a žily by extrémně krátce, méně než milion let. (Hvězdy v současném vesmíru mohou žít miliardy let). Poté by zanikly v zuřivých explozích supernov.
Tyto exploze by mohly přinést produkty vnitřních fúzních reakcí – prvky těžší než vodík a helium – které by pak byly základem dalšího kola tvorby hvězd. Nyní však byl proces kontaminován těžšími prvky, takže se nemohl opakovat a tato monstra by se již nikdy neobjevila na vesmírné scéně.
