Pierwsze gwiazdy Wszechświata nie były samotne

Pierwsze gwiazdy Wszechświata nie były samotneOriginal Press Release
Pierwsze gwiazdy Wszechświata nie były – jak dotąd uważano – samotne.

Co ciekawe istnieje szansa że niektóre z mało masywnych gwiazd pierwszej populacji mogły przetrwać do dzisiaj co pozwoliłoby zbadać najwcześniejsze etapy powstawania gwiazd i galaktyk

dr Paul Clark

Gwiazdy powstają z obłoków molekularnych w wyniku zażartej i złożonej batalii prowadzonej przez grawitację, prowadzącą do zapadania się obłoku, a wewnętrznym ciśnieniem rozgrzewającego się, gęstniejącego gazu, którego gęstość wzrasta w wyniku oddziaływania grawitacji. Jeżeli rozgrzewający się gaz nie potrafi pozbyć się nadmiary energii termicznej zapadanie się obłoku zostaje zatrzymane. Jednak gdy energia ta zostanie uwolniona kompresja może postępować prowadząc do narodzin gwiazdy. Stygnięcie jest tym łatwiejsze im więcej w obłoku znajduje się takich pierwiastków jak węgiel i tlen. Gwiazdy powstające z takiego obłoku mają małe masy, podobnie jak Słońce. Jednak w młodym Wszechświecie złożone pierwiastki jeszcze nie istniały w związku z czym chłodzenie zapadających się obłoków zachodziło wolniej. Jak sądzi większość naukowców prowadziło to do powstawania bardzo masywnych gwiazd – średnio 100 razy masywniejszych od Słońca.

Astrofizyk Uniwersytetu Heidelberg, dr Paul Clark oraz jego zespół zbadał te procesy korzystając z wysokiej rozdzielczości symulacji komputerowych. Uzyskane wyniki wskazują, że przedstawiony wyżej proces prowadzący do powstania samotnych niezwykle masywnych gwiazd nie jest koniecznie poprawny i wczesny Wszechświat nie był zaludniony wyłącznie przez masywne gwiazdy. Powodem jest złożoność procesów zachodzących w dyskach akrecyjnych pierwszych gwiazd. Gaz z którego powstają nowe gwiazdy wiruje w związku z czym nie jest w stanie opadać bezpośrednio na protogiwazdę lecz tworzy wokół niej podobną do dysku strukturę. Z niego, dzięki tarciu, może przepływać na powierzchnię protogwiazdy. Jeżeli do dysku dopływa więcej gazu, niż odpływa na gwiazdę, dysk staje się niestabilny o rozpada się na fragmenty. To prowadzi do powstania grupy gwiazd a nie pojedynczej gwiazdy w centrum dysku. Odległości pomiędzy niektórymi z nich mogą być porównywalne do odległości Ziemia – Słońce.

Wyniki badań wskazują, że możliwe jest odkrycie pierwszych gwiazd we Wszechświecie. Na końcowych etapach życia gwiazdy w układach wielokrotnych mogą wytwarzać znaczne ilości promieniowania gamma lub rentgenowskiego. Obecnie planuje się misje badawcze mające konkretnie poszukiwać takich rozbłysków z czasów młodego Wszechświata. Istnieje też szansa, że niektóre z pierwszych gwiazd mogły zostać wyrzucone z gromad, w których powstały zanim zdążyły nabrać masy – a takie mało masywne gwiazdy mogą istnieć miliardy lat i mogły przetrwać do naszych czasów.

Źródła:

First Stars in Universe Were Not Alone

The first stars in the universe were not as solitary as previously thought. In fact, they could have formed alongside numerous companions when the gas disks that surrounded them broke up during formation, giving birth to sibling stars in the fragments. These are the findings of studies performed with the aid of computer simulations by researchers at Heidelberg University’s Centre for Astronomy together with colleagues at the Max Planck Institute for Astrophysics in Garching and the University of Texas at Austin (USA). The group’s findings, being published in “Science” magazine, cast an entirely new light on the formation of the first stars after the Big Bang.

Stars evolve from cosmic gas clouds in a fierce and complex battle between gravity and internal gas pressure. The density of the gas increases due to its own gravitational pull. This causes the gas to heat up, as a consequence the pressure rises, and the compression process comes to a halt. If the gas manages to get rid of the thermal energy, compression can continue and a new star is born. This cooling process works especially well if the gas contains chemical elements like carbon or oxygen. Stars forming in this way are normally low in mass, like our Sun. But in the early universe these elements had yet to emerge, so the primordial cosmic gas could not cool down very well. Accordingly, most theoretical models predict the masses of primordial stars to be about a hundred times greater than that of the Sun.

Heidelberg astrophysicist Dr. Paul Clark and his colleagues investigated these processes with the help of  very high resolution computer simulations. Their findings indicate that this simple picture needs to be revised and that the early universe was not only populated by huge, solitary stars. The reason is the underlying physics of the so called accretion disks accompanying the birth of the very first stars. The gas from which a new star forms rotates, and so the gas is unable to fall directly onto the star, but first builds up a disk-like structure. Only as a result of internal friction can the gas continue to flow onto the star. If more mass falls onto this disk than it can transport inwards, it becomes unstable and breaks into several fragments. So instead of forming just one star at the centre, a group of several stars is formed. The distances between some of the stars can be as small as that between the Earth and the Sun.

According to Dr. Clark, this realisation opens up exciting new avenues for detecting the first stars in the universe. In the final stages of their lives, binaries or multiple stellar systems can produce intense bursts of X-rays or gamma rays. Future space missions are being planned specifically to investigate such bursts from the early universe. It is also conceivable that some of the first stars may have been catapulted out of their birth group through collisions with their neighbours before they were able to accumulate a great deal of mass. Unlike short-lived high-mass stars, low-mass stars may survive for billions of years. “Intriguingly,” says Dr. Clark, “some low-mass primordial stars may even have survived to the present day, allowing us to probe the earliest stages of star and galaxy formation right in our own cosmic backyard.”

Together with Dr. Simon Glover and Dr. Rowan Smith, Dr. Paul Clark is a member of the star-formation research group headed by Prof. Dr. Ralf Klessen at Heidelberg University’s Centre for Astronomy. Also involved in the research were Dr. Thomas Greif of the Max Planck Institute for Astrophysics (Garching) and Prof. Dr. Volker Bromm of the University of Texas. This research was funded by the Baden-Württemberg Foundation as part of the International Top-Level Research II programme. Additional support came from the FRONTIER innovation fund of Heidelberg University as well as the German Research Foundation, the US National Science Foundation, and NASA.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *