Wczesny Wszechświat był wypełniony gwiazdami 10 000 razy większymi od naszego Słońca

Nowe badanie wykazało, że pierwsze gwiazdy w kosmosie mogły osiągnąć masę ponad 10 000 razy większą od Słońca, czyli około 1000 razy większą niż największe znane gwiazdy.

W przeszłości sugerowano, że gwiazdy o masie powyżej 150 mas Słońca nie mogą się formować. Jednak w świetle nowych badań wydaje się prawdopodobne, że najmasywniejsze gwiazdy jakie obecnie istnieją nie przekraczają 200-300 mas Słońca. Takim przykładem może być np. gwiazda R136a1, które masę szacowano na 250-320 mas Słońca, późniejsze badania pokazały jednak, że jest to raczej przedział 170-230. W przypadku tak ogromnych obiektów, nie mamy więc do końca pewności jaka naprawdę może być ich dokładna masa i jak widać margines błędu jest dosyć duży.

Najmasywniejsze gwiazdy jakie znamy to jednak nic w porównaniu z potworami, które według najnowszych badań mogły kiedyś istnieć. Naukowcy odkryli bowiem, że wczesny Wszechświat był znacznie bardziej egzotycznym miejscem, niż moglibyśmy się spodziewać i wypełnionym była mega-olbrzymami, które żyły szybko i umierały bardzo, bardzo młodo.

Dark Ages czyli tak zwane Kosmiczne Ciemne Wieki

Ponad 13 miliardów lat temu, tuż po Wielkim Wybuchu, we wszechświecie panowały tak zwane ciemne wieki, gdy nie istniały jeszcze żadne gwiazdy. Tak naprawdę to nie było wtedy nic poza mieszanką neutralnego gazu, prawie w całości złożonego z wodoru i helu. Jednak przez setki milionów lat ten neutralny gaz zaczął gromadzić się w coraz gęstsze i większe skupiska.

We współczesnym wszechświecie bardzo gęste skupiska materii dość szybko potrafią przeobrazić się w gwiazdy. Wynika to z tego, że współczesny wszechświat ma coś, czego brakowało mu we wczesnych etapach życia – pierwiastków cięższych niż wodór i hel. Dzięki tym cięższym pierwiastkom gęste skupiska szybko osiągają wystarczająco dużą gęstość, aby wywołać syntezę jądrową czyli proces zasilający gwiazdy. Jest to jedyny sposób na uzyskanie cięższych pierwiastków. Wiele pokoleń gwiazd, które formowały się i umierały wzbogacił wszechświat w cięższe pierwiastki. Pierwsze gwiazdy powstawały więc w zupełnie innych, o wiele trudniejszych warunkach niż te, które panują we wszechświecie obecnie.

Aby zrozumieć zagadkę pierwszych gwiazd, zespół astrofizyków wykorzystał zaawansowane symulacje komputerowe ciemnych wieków. Symulacje zawierały wszystkie typowe składniki kosmologiczne, w tym też ciemną materię, promieniowanie, uwzględnia również ewolucję skupisk gazu oraz coś, czego brakowało innym symulacjom czyli tak zwane zimne fronty. Są to szybko poruszające się strumienie schłodzonej materii, które uderzają w formujące się struktury.

Naukowcy odkryli, że złożona sieć interakcji poprzedziła formowanie się pierwszej gwiazdy. Neutralny gaz zaczął się gromadzić i zlepiać. Wodór i hel uwolniły trochę ciepła, co pozwoliło skupiskom neutralnego gazu powoli osiągnąć wyższą gęstość. Jednak skupiska o dużej gęstości szybko zaczynały stawać się bardzo ciepłe, wytwarzając promieniowanie, natomiast dzięki zimnym frontom temperatura spadała i gwiazdy utworzone z tych skupisk mogły stać się niewiarygodnie wielkie.

Supermasywne gwiazdy

Pierwsze gwiazdy byłyby niewiarygodnie jasne i żyłyby niezwykle krótko, mniej niż milion lat, obecnie wiemy, że współczesne gwiazdy mogą istnieć nawet miliardy lat. Potem eksplodowały w potężnych wybuchach supernowych.

Te eksplozje przenosiły produkty wewnętrznych reakcji syntezy jądrowej – pierwiastki cięższe niż wodór i hel, które następnie zapoczątkowały kolejną generację formowania się gwiazd. Tyle, że teraz w środowisku zanieczyszczonym cięższymi pierwiastkami proces nie mógł się powtórzyć, a supermasywne gwiazdy nie mogły już powstać nigdy więcej.