Naujajame tyrime nustatyta, kad pirmųjų žvaigždžių kosmose masė galėjo būti daugiau nei 10 000 kartų didesnė už Saulės masę, t. y. maždaug 1 000 kartų didesnė už didžiausias šiandien egzistuojančias žvaigždes.
Dabar didžiausios žvaigždės yra 100 Saulės masių. Tačiau ankstyvojoje visatoje buvo kur kas egzotiškesnė vieta, pilna megagimantų žvaigždžių, kurios gyveno greitai ir mirė labai, labai jaunos, nustatė tyrėjai.
Kai šie pasmerkti milžinai išnyko, jiems niekada nebebuvo tinkamų sąlygų vėl susiformuoti.
Kosminiai tamsieji amžiai
Prieš daugiau nei 13 milijardų metų, netrukus po Didžiojo sprogimo, visatoje nebuvo žvaigždžių. Buvo tik šilta neutralių dujų sriuba, kurią beveik visą sudarė vandenilis ir helis. Tačiau per šimtus milijonų metų šios neutralios dujos ėmė kauptis į vis tankesnius materijos kamuolius. Šis laikotarpis vadinamas kosminiais tamsiaisiais amžiais.
Šiuolaikinėje visatoje tankūs materijos kamuoliai greitai suyra ir sudaro žvaigždes. Tačiau taip yra todėl, kad šiuolaikinėje visatoje yra tai, ko ankstyvojoje visatoje trūko: daug elementų, sunkesnių už vandenilį ir helį. Šie elementai labai efektyviai išspinduliuoja energiją. Dėl to tankūs telkiniai gali labai greitai susitraukti ir susigriauti iki pakankamai didelio tankio, kad prasidėtų branduolių sintezė – procesas, kurio metu lengvesni elementai jungiasi į sunkesnius ir taip sukuriamos žvaigždės.
Tačiau vienintelis būdas gauti sunkesnius elementus yra tas pats branduolių sintezės procesas. Daugybė kartų besiformuojančių, besilydančių ir mirštančių žvaigždžių praturtino kosmosą iki dabartinės būklės.
Nesugebėdamos greitai išskirti šilumos, pirmosios kartos žvaigždės turėjo susiformuoti kitokiomis ir daug sudėtingesnėmis sąlygomis.
Šaltieji frontai
Kad suprastų šių pirmųjų žvaigždžių mįslę, astrofizikų komanda pasitelkė sudėtingą tamsiųjų amžių kompiuterinį modeliavimą, kad suprastų, kas vyko anuomet. Sausio mėn. jie pateikė savo išvadas straipsnyje, paskelbtame arXiv išankstinių spaudinių duomenų bazėje ir pateiktame recenzuoti Karališkosios astronomų draugijos mėnesio pranešimams.
Naujajame darbe yra visos įprastos kosmologinės sudedamosios dalys: tamsioji medžiaga, padedanti augti galaktikoms, neutralių dujų evoliucija ir susitelkimas bei spinduliavimas, kuris gali atvėsinti, o kartais ir įkaitinti dujas. Tačiau jų darbe yra ir tai, ko trūko kitiems: šaltieji frontai, t. y. greitai judantys atvėsusios medžiagos srautai, kurie atsitrenkia į jau susiformavusias struktūras.
Tyrėjai nustatė, kad prieš susiformuojant pirmosioms žvaigždėms vyko sudėtinga sąveika. Neutralios dujos pradėjo kauptis ir telktis. Vandenilis ir helis išskyrė šiek tiek šilumos, todėl neutralių dujų sankaupos pamažu pasiekė didesnį tankį.
Tačiau didelio tankio gumulėliai tapo labai šilti, todėl susidarė spinduliuotė, kuri suskaldė neutralias dujas ir neleido joms suskilti į daugybę mažesnių gumulėlių. Tai reiškia, kad žvaigždės, susidariusios iš šių sankaupų, gali tapti neįtikėtinai didelės.
Supermasyvios žvaigždės
Dėl šios spinduliuotės ir neutralių dujų tarpusavio sąveikos susiformavo didžiuliai neutralių dujų telkiniai - pirmųjų galaktikų užuomazgos. Dujos šių protogalaktikų gelmėse suformavo greitai besisukančius akrecinius diskus – greitai tekančios medžiagos žiedus, kurie susiformuoja aplink masyvius objektus, įskaitant šiuolaikinės visatos juodąsias skyles.
Tuo tarpu išoriniuose protogalaktikų pakraščiuose krito šalti dujų frontai. Patys šalčiausi ir masyviausi frontai prasiskverbė į protogalaktikas iki pat akrecinio disko.
Šie šaltieji frontai atsitrenkė į diskus, greitai padidindami jų masę ir tankį iki kritinės ribos, todėl atsirado pirmosios žvaigždės.
Tos pirmosios žvaigždės nebuvo įprasti sintezės fabrikai. Tai buvo milžiniški neutralių dujų sankaupos, kurios savo branduolius uždegė vienu metu, praleisdamos etapą, kai jos suskyla į mažas dalis. Susidariusi žvaigždžių masė buvo milžiniška.
Šios pirmosios žvaigždės būtų buvusios neįtikėtinai ryškios ir gyvenusios itin trumpai - mažiau nei milijoną metų. (Šiuolaikinės visatos žvaigždės gali gyventi milijardus metų). Vėliau jos būtų žuvusios per įnirtingus supernovų sprogimus.
Šie sprogimai turėjo pernešti vidinių sintezės reakcijų produktus, sunkesnius už vandenilį ir helį elementus, kurie vėliau paskatino kitą žvaigždžių formavimosi etapą. Tačiau dabar, užterštas sunkesniais elementais, procesas negalėjo pasikartoti, ir tos pabaisos daugiau niekada nebepasirodys kosmoso scenoje.
