Nová štúdia zistila, že prvé hviezdy vo vesmíre mohli mať hmotnosť viac ako 10 000-krát väčšiu ako Slnko, čo je približne 1000-krát viac ako najväčšie hviezdy žijúce v súčasnosti.
V súčasnosti majú najväčšie hviezdy hmotnosť 100 hmotností Slnka. Vedci však zistili, že raný vesmír bol oveľa exotickejším miestom plným megaobrovských hviezd, ktoré žili rýchlo a zomierali veľmi, veľmi mladé.
A keď títo odsúdení obri vymreli, už nikdy neboli vhodné podmienky na ich opätovné sformovanie.
Vesmírna doba temna
Pred viac ako 13 miliardami rokov, krátko po Veľkom tresku, vesmír nemal žiadne hviezdy. Nebolo v ňom nič viac než teplá polievka neutrálneho plynu, takmer výlučne zložená z vodíka a hélia. V priebehu stoviek miliónov rokov sa však tento neutrálny plyn začal hromadiť do čoraz hustejších guľôčok hmoty. Toto obdobie je známe ako kozmický temný vek.
V súčasnom vesmíre sa husté gule hmoty rýchlo rozpadajú a vytvárajú hviezdy. Je to však preto, že moderný vesmír má niečo, čo ranému vesmíru chýbalo: veľa prvkov ťažších ako vodík a hélium. Tieto prvky sú veľmi účinné pri vyžarovaní energie. Vďaka tomu sa husté zhluky veľmi rýchlo zmenšujú a kolabujú na dostatočne vysokú hustotu, aby sa spustila jadrová fúzia – proces, ktorý poháňa hviezdy spojením ľahších prvkov na ťažšie.
Jediným spôsobom, ako získať ťažšie prvky, je však ten istý proces jadrovej fúzie. Viaceré generácie hviezd, ktoré vznikali, zlučovali sa a zanikali, obohatili vesmír do dnešného stavu.
Bez schopnosti rýchleho uvoľňovania tepla musela prvá generácia hviezd vzniknúť za oveľa odlišnejších a oveľa ťažších podmienok.
Studené fronty
Aby tím astrofyzikov pochopil záhadu týchto prvých hviezd, obrátil sa na sofistikované počítačové simulácie temného veku, aby pochopil, čo sa vtedy dialo. O svojich zisteniach informovali v januári v článku uverejnenom v databáze preprintov arXiv a predloženom na recenzné konanie v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nová práca obsahuje všetky obvyklé kozmologické zložky: tmavú hmotu, ktorá pomáha rastu galaxií, vývoj a zhlukovanie neutrálneho plynu a žiarenie, ktoré môže plyn ochladzovať a niekedy aj zohrievať. Ich práca však obsahuje niečo, čo iným chýbalo: studené fronty – rýchlo sa pohybujúce prúdy ochladenej hmoty – ktoré narážajú do už vytvorených štruktúr.
Vedci zistili, že vzniku prvých hviezd predchádzala zložitá sieť interakcií. Neutrálny plyn sa začal zhromažďovať a zhlukovať. Vodík a hélium uvoľňovali trochu tepla, čo umožnilo zhlukom neutrálneho plynu pomaly dosiahnuť vyššiu hustotu.
Zhluky s vysokou hustotou sa však veľmi zahriali a produkovali žiarenie, ktoré rozbíjalo neutrálny plyn a zabraňovalo jeho fragmentácii na množstvo menších zhlukov. To znamená, že hviezdy vytvorené z týchto zhlukov môžu byť neuveriteľne veľké.
Supermasívne hviezdy
Tieto vzájomné interakcie medzi žiarením a neutrálnym plynom viedli k vzniku obrovských zásobníkov neutrálneho plynu– počiatku prvých galaxií. Plyn hlboko v týchto proto-galaxiách vytvoril rýchlo rotujúce akrečné disky – rýchlo prúdiace prstence hmoty, ktoré sa tvoria okolo masívnych objektov vrátane čiernych dier v modernom vesmíre.
Medzitým na vonkajších okrajoch protogalaxií pršali studené fronty plynu. Najchladnejšie a najmohutnejšie fronty prenikali do protogalaxií až k akrečným diskom.
Tieto studené fronty narazili do diskov a rýchlo zvýšili ich hmotnosť aj hustotu na kritickú hranicu, čím umožnili vznik prvých hviezd.
Tieto prvé hviezdy neboli len obyčajné továrne na jadrovú syntézu. Boli to gigantické zhluky neutrálneho plynu, ktoré zapálili svoje jadrá naraz a preskočili fázu, keď sa rozpadajú na malé kúsky. Výsledná hviezdna hmotnosť bola obrovská.
Tieto prvé hviezdy by boli neuveriteľne jasné a žili by veľmi krátko, menej ako milión rokov. (Hviezdy v súčasnom vesmíre môžu žiť miliardy rokov). Potom by zomreli v prudkých výbuchoch supernov.
Tieto explózie by mohli priniesť produkty vnútorných reakcií jadrovej syntézy – prvky ťažšie ako vodík a hélium – ktoré by potom posilnili ďalšie kolo tvorby hviezd. Ale teraz, keď sa tento proces kontaminoval ťažšími prvkami, sa už nemohol zopakovať a tieto monštrá by sa už nikdy neobjavili na vesmírnej scéne.
