Prve zvezde v vesolju so morda imele več kot 10.000-krat večjo maso od Sonca, kar je približno 1000-krat več od največjih danes živečih zvezd, je pokazala nova študija.
Danes imajo največje zvezde maso 100 Sončevih mas. Vendar je bilo zgodnje vesolje veliko bolj eksotično, polno megazvezd, ki so živele hitro in umirale zelo, zelo mlade, so ugotovili raziskovalci.
Ko so ti obsojeni velikani izumrli, niso bili nikoli več primerni pogoji za njihovo ponovno oblikovanje.
Vesoljska temna doba
Pred več kot 13 milijardami let, kmalu po velikem poku, v vesolju ni bilo zvezd. Bilo je le topla juha nevtralnega plina, skoraj v celoti sestavljena iz vodika in helija. V stotinah milijonov let pa se je ta nevtralni plin začel kopičiti v vse gostejše krogle snovi. To obdobje je znano kot vesoljska temna doba.
V sodobnem vesolju se goste krogle snovi hitro sesedajo in tvorijo zvezde. To pa zato, ker ima sodobno vesolje nekaj, česar zgodnje vesolje ni imelo: veliko elementov, težjih od vodika in helija. Ti elementi zelo učinkovito oddajajo energijo. Zaradi tega se lahko gosti skupki zelo hitro skrčijo in se sesedejo na dovolj visoko gostoto, da se sproži jedrska fuzija – proces, ki z združevanjem lažjih elementov v težje poganja zvezde.
Težje elemente pa lahko pridobimo le s postopkom jedrske fuzije. Več generacij zvezd, ki so nastajale, se zlivale in umirale, je obogatilo vesolje do današnjega stanja.
Brez sposobnosti hitrega sproščanja toplote je morala prva generacija zvezd nastati v precej drugačnih in težjih razmerah.
Hladne fronte
Ekipa astrofizikov se je za razumevanje uganke teh prvih zvezd obrnila na zapletene računalniške simulacije temnega veka, da bi ugotovila, kaj se je takrat dogajalo. O svojih ugotovitvah so januarja poročali v članku, objavljenem v podatkovni bazi arXiv in poslanem v strokovno recenzijo v mesečnik Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Novo delo vsebuje vse običajne kozmološke sestavine: temno snov, ki pomaga pri rasti galaksij, razvoj in kopičenje nevtralnega plina ter sevanje, ki lahko plin ohladi in včasih ponovno segreje. Njuno delo pa vključuje nekaj, kar drugim manjka: hladne fronte – hitro gibajoče se tokove ohlajene snovi – ki se zaletavajo v že nastale strukture.
Raziskovalci so ugotovili, da je pred nastankom prve zvezde obstajal zapleten splet interakcij. Nevtralni plin se je začel zbirati in združevati. Vodik in helij sta sprostila nekaj toplote, kar je omogočilo, da so kepe nevtralnega plina počasi dosegle večjo gostoto.
Toda kepe z visoko gostoto so postale zelo tople, kar je povzročilo sevanje, ki je razbilo nevtralni plin in preprečilo, da bi se razbil na številne manjše kepe. To pomeni, da lahko zvezde iz teh skupkov postanejo neverjetno velike.
Supermasivne zvezde
Te medsebojne interakcije med sevanjem in nevtralnim plinom so pripeljale do ogromnih bazenov nevtralnega plina– začetkov prvih galaksij. Plin globoko v teh protogalaksijah je tvoril hitro vrteče se akrecijske diske – hitro tekoče obroče snovi, ki se oblikujejo okoli masivnih objektov, vključno s črnimi luknjami v sodobnem vesolju.
Medtem so na zunanjih robovih protogalaksij padale hladne fronte plina. Najhladnejše in najbolj masivne fronte so prodrle v protogalaksije vse do akrecijskega diska.
Te hladne fronte so trčile v diske in hitro povečale njihovo maso in gostoto do kritične meje, kar je omogočilo nastanek prvih zvezd.
Te prve zvezde niso bile običajne tovarne fuzije. Bile so velikanske gmote nevtralnega plina, ki so naenkrat vžgale svoja fuzijska jedra in preskočile fazo, ko se razdrobijo na majhne koščke. Nastala je ogromna zvezdna masa.
Te prve zvezde bi bile neverjetno svetle in bi živele izjemno kratek čas, manj kot milijon let. (Zvezde v sodobnem vesolju lahko živijo več milijard let). Potem bi umrle v silovitih izbruhih eksplozij supernov.
Te eksplozije bi prenesle produkte notranjih fuzijskih reakcij – elemente, težje od vodika in helija – ki bi nato spodbudili naslednji krog nastajanja zvezd. Ker pa je bil proces onesnažen s težjimi elementi, se ni mogel več ponoviti in te pošasti se ne bi nikoli več pojavile na vesoljskem prizorišču.
