Egy új tanulmány szerint a kozmosz első csillagai a Nap tömegének több mint 10 000-szeresét érhették el, ami nagyjából 1000-szer nagyobb, mint a ma élő legnagyobb csillagok tömege.
Manapság a legnagyobb csillagok 100 naptömegűek. A korai világegyetem azonban sokkal egzotikusabb hely volt, tele megaóriás csillagokkal, amelyek gyorsan éltek és nagyon-nagyon fiatalon pusztultak el - állapították meg a kutatók.
És miután ezek a halálra ítélt óriások kihaltak, a feltételek soha nem voltak megfelelőek ahhoz, hogy újra kialakuljanak.
A kozmikus sötét középkor
Több mint 13 milliárd évvel ezelőtt, nem sokkal az ősrobbanás után az univerzumban nem voltak csillagok. Nem volt más, mint semleges gázból álló meleg leves, amely szinte teljes egészében hidrogénből és héliumból állt. Több százmillió év alatt azonban ez a semleges gáz egyre sűrűbb anyaggömbökké kezdett felhalmozódni. Ezt az időszakot a kozmikus sötét középkornak nevezik.
A mai világegyetemben a sűrű anyaggömbök gyorsan összeomlanak, és csillagokat alkotnak. De ez azért van, mert a modern világegyetemben van valami, ami a korai világegyetemből hiányzott: a hidrogénnél és a héliumnál nehezebb elemek sokasága. Ezek az elemek nagyon hatékonyan sugározzák el az energiát. Ez lehetővé teszi, hogy a sűrű csomók nagyon gyorsan összezsugorodjanak, és elég nagy sűrűségűre omoljanak össze ahhoz, hogy beinduljon a magfúzió – az a folyamat, amely a csillagokat a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülésével hajtja.
De a nehezebb elemek előállításának egyetlen módja, hogy egyáltalán létrejöjjenek, ugyanez a magfúziós folyamat. A csillagok több generációja, amelyek keletkeztek, fuzionáltak és elpusztultak, dúsította a kozmoszt a jelenlegi állapotáig.
A gyors hőleadás képessége nélkül a csillagok első generációjának sokkal más és sokkal nehezebb körülmények között kellett kialakulnia.
Hidegfrontok
Az első csillagok rejtélyének megértéséhez egy asztrofizikusokból álló csapat a sötét középkor kifinomult számítógépes szimulációihoz fordult, hogy megértse, mi történt akkoriban. Eredményeikről januárban számoltak be az arXiv preprint adatbázisban közzétett, és a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóirathoz szakértői véleményezésre benyújtott tanulmányukban.
Az új munka a szokásos kozmológiai összetevőkkel rendelkezik: sötét anyag, amely segíti a galaxisok növekedését, a semleges gáz fejlődése és összecsapódása, valamint sugárzás, amely képes lehűteni és néha újra felmelegíteni a gázt. De a munkájukban van valami, ami másokból hiányzott: hidegfrontok – lehűlt anyag gyorsan mozgó áramlatai – amelyek a már kialakult struktúrákba csapódnak.
A kutatók megállapították, hogy az első csillagkeletkezést kölcsönhatások bonyolult hálózata előzte meg. A semleges gáz elkezdett összegyűlni és összecsomósodni. A hidrogén és a hélium egy kis hőt szabadított fel, ami lehetővé tette, hogy a semleges gáz csomói lassan nagyobb sűrűséget érjenek el.
A nagy sűrűségű csomók azonban nagyon felmelegedtek, és olyan sugárzást bocsátottak ki, amely széttörte a semleges gázt, és megakadályozta, hogy az sok kisebb csomóvá töredezzen. Ez azt jelenti, hogy az ilyen csomókból keletkezett csillagok hihetetlenül nagyra nőhetnek.
Szupermasszív csillagok
A sugárzás és a semleges gáz közötti oda-vissza kölcsönhatások hatalmas semleges gázhalmazok kialakulásához vezettek, az első galaxisok kezdetéhez. A gáz mélyen ezekben a protogalaxisokban gyorsan forgó akkréciós korongokat alkotott – gyorsan áramló anyaggyűrűket, amelyek masszív objektumok körül alakulnak ki, beleértve a modern világegyetem fekete lyukait is.
Eközben a protogalaxisok külső szélein hideg gázfrontok zúdultak lefelé. A leghidegebb, legmasszívabb frontok egészen az akkréciós korongig hatoltak a protogalaxisokba.
Ezek a hidegfrontok belecsaptak a korongokba, gyorsan megnövelve azok tömegét és sűrűségét egy kritikus küszöbértékig, lehetővé téve ezzel az első csillagok megjelenését.
Azok az első csillagok nem akármilyen fúziós gyárak voltak. Semleges gázból álló gigantikus csomók voltak, amelyek egyszerre gyújtották be a fúziós magjukat, kihagyva azt a szakaszt, amikor apró darabokra töredeznek. Az így keletkezett csillagtömeg hatalmas volt.
Ezek az első csillagok hihetetlenül fényesek lettek volna, és rendkívül rövid életet éltek volna, kevesebb mint egymillió évet. (A modern világegyetemben a csillagok több milliárd évig élhetnek). Ezután szupernóva-robbanásokban pusztultak volna el.
Ezek a robbanások a belső fúziós reakciók termékeit - a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemeket - szállították volna magukkal, amelyek aztán a csillagkeletkezés következő körét indították el. De most, hogy a nehezebb elemek beszennyezték, a folyamat nem tudott megismétlődni, és ezek a szörnyek soha többé nem jelentek meg a kozmikus színtéren.
