Tajvani csillagászok által futtatott szimulációk szerint az ősi gázfelhőkben fellépő turbulenciák akadályozhatták az extrém nagy tömegű csillagok kialakulását.
A korai Világegyetem elsősorban hidrogénből és héliumból állt, amelyek sugárzása a nehezebb elemekkel ellentétben nagyon gyenge. Gyenge sugárzás mellett a gázfelhők nehezen tudtak annyira lehűlni, hogy csillagok alakuljanak ki bennük – a forró gáz nyomása a gravitáció ellen dolgozott. Ezért a legtöbb csillagász úgy véli, hogy csak igazán nagy gázfelhőkből alakulhattak ki csillagok, így az Univerzum első csillagai akár több százszor nagyobb tömeggel rendelkezhettek, mint a Nap.
Ke-Jung Chen (Academia Sinica, Tajvan) és munkatársai szerint ennél bonyolultabb a helyzet. Részletes számítógépes szimulációkkal felfedték, hogy az összeomló gázfelhőkben szuperszonikus turbulenciák alakultak ki: a gáz bennük a hangsebesség ötszörösével mozgott. Az így keletkezett lökéshullámok a nagyobb felhőket feldarabolták, és segítettek a gravitációnak legyőzni a gáznyomást.
A kutatók az IllustrisTNG szuperszámítógépes szimulációval vizsgálták a gázfelhőket. Az ősi Univerzum egy tömeg-koncentrációjára összpontosítottak: egy úgynevezett sötét anyag mini-halóra, amely körülbelül 10 millió naptömegű. Úgynevezett szemcsefelosztás technikával végül képesek voltak az akár 0,2 naptömegű szemcsék nyomon követésére is (ez egészen aprónak számít, hiszen az eredeti szimulációban 84 ezer naptömegű szemcséket vizsgáltak). A részletesebb szimuláció feltárta, hogy a beeső gáz több száz fényéves léptékben rendkívül turbulenssé válik, ami több sűrű csomó létrejöttét idézi elő, ezekből pedig 8 naptömegű „apró” csillagok születnek.
„Az eredményeink azt mutatják, hogy az ősi halókban gyakoriak lehettek a szuperszonikus turbulenciák, amelyek fontos szerepet játszottak a felhőméretű fragmentációban, lehetőséget biztosítva a kevésbé nagy tömegű csillagok kialakulására.” – írják a kutatók az Astrophysical Journal Letters című lapban megjelent szakcikkükben.
A Groningeni Egyetem kozmológusa, Rien van de Weygaert szerint lenyűgözőek az új eredmények. „A kozmológiai szimulációkban mindig az a kihívás, hogy apró részleteket szeretnénk látni, de számolnunk kell a több millió fényéves léptékű folyamatokkal is.” – mondja. „Itt a kutatócsoportnak sikerült mind a nagy felbontást, mind a széles dinamikatartományt elérnie.”
A kutató azonban figyelmeztet, hogy egyetlen számítógépes szimuláció sem tökéletes. „Chen és munkatársai például nem veszik figyelembe a sugárzási folyamatokat – amiket ilyen léptékben nem lehet figyelmen kívül hagyni.”
Az elmúlt években több jel is utalt arra, hogy a korai Univerzumban ritkaságnak számítottak az extrém nagy tömegű csillagok. A 80 és 260 naptömeg közé eső csillagokról azt feltételezik, hogy rövid életüket ún. pár-instabilitási szupernóva-robbanásban fejezik be, aminek felismerhető nyomokat kell hagynia a következő csillaggenerációk összetételében. Ezek a kémiai ujjlenyomatok azonban a vártnál ritkábban láthatók. Az újabb számítógépes szimulációk talán magyarázatot adhatnak arra, hogy miért.
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/were-the-very-first-stars-really-that-massive/
Az eredményeket közlő szakcikk: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adf18d
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet