De första stjärnorna i kosmos var upp till
över 10 000 gånger större än vår sols massa vilket är ungefär 1 000 gånger större stjärnor än de största
stjärnorna som idag finns därute enligt en ny studie. I vår tid är de största
stjärnorna 100 solmassor. Men i det tidiga universum bestod universum av mycket
stora stjärnor. Stjärnor som snabbt gjorde slut på sitt bränsle och gjorde slut på sitt bränsle redan efter ca 1 miljon år, enligt nya forskarrön.
Genom
sin storlek och sin korta existens fick universum vid dessas kollaps därefter nya
grundämnen. De som sedan blev grunden till våra stjärnor av i dag och till uppbyggnaden av ex människan.
För mer än 13 miljarder år sedan, inte långt efter
Big Bang, hade universum inga stjärnor. Det fanns inget annat än en varm soppa
av neutral gas, nästan helt bestående av enbart väte och helium. Under hundratals
miljoner år pressades den neutrala gasen samman av gravitation till allt
tätare bollar av materia. Denna tid är känd ses som den kosmiska mörka tiden.
I dagens universum kollapsar täta bollar av materia snabbare och då bildas stjärnor. Men det beror på att det moderna universum har något
som det tidiga universum saknade: många olika grundämnen tyngre än väte och
helium. Detta gör att de täta klumparna bestående av damm och gas i dag kan dras samman snabbt och till hög densitet för att utlösa kärnfusion den
process som driver stjärnors ljus och sken genom att kombinera lättare grundämnen
till tyngre.
Men det enda sättet att få tyngre element i första skedet
av universum var genom kärnfusionsprocess. Flera generationer av stjärnor som
bildades, smälte och dog och berikade kosmos till dess nuvarande tillstånd av
grundämnen.
Utan förmågan att snabbt släppa ifrån sig värme måste den
första generationen stjärnor bildats under mycket olika och mycket svåra
förhållanden mot dagens stjärnor. För att förstå hur de första stjärnor kom till vände sig ett
team av astrofysiker till sofistikerade datorsimuleringar som skulle visa förhållandena som vi förstår dem under de mörka åldrarna då nästan enbart väte och helium fanns, för att
förstå vad som hände då. Resultatet beskrevs i januari i en artikel
som publicerades i preprintdatabasen arXiv och skickades in för peer review
till Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Det teori som utarbetades innehåller alla vanliga
kosmologiska ingredienser: den mörka materian för att skapa galaxer, utveckling
och ihopklumpning av neutral gas, strålning, kylning och ibland uppvärmning av
gas. Teorin innehåller också något som andra har teorier saknat: kallfronter –
snabba strömmar av kyld materia – som smäller in i redan bildade strukturer.
Forskarna fann att en komplex ström av interaktioner
av detta slag föregick den första stjärnbildningen. Neutral gas började samlas och
klumpa ihop. Väte och helium släppte ut lite värme vilket gjorde det möjligt
för klumpar av den neutrala gasen att långsamt nå högre densitet.
Dessa bildade klumpar med hög densitet blev mycket varma och producerade strålning som bröt isär den neutrala gasen och hindrade den från att fragmenteras i mindre klumpar. Det innebar att stjärnor bestående av dessa klumpar kunde bli otroligt stora. Dessa fram och tillbaka interaktioner mellan strålning och neutral gas ledde till massiva pooler av neutral gas vilket blev början på de första galaxerna. Gasen djupt inne i dessa protogalaxer bildade snabbt snurrande ackretionsskivor - snabbt flytande ringar av materia som bildas runt protostjärnor inklusive svarta hål i universum.
Under tiden och runt protogalaxernas ytterkanter slog
kalla fronter av gas ner. De kallaste, mest massiva fronterna trängde in i
protogalaxerna hela vägen fram till ackretionsskivan runt en protostjärna. Dessa kallfronter smällde in i skivorna och ökade snabbt både deras
massa och densitet till en kritisk tröskel, vilket gjorde att de första
stjärnorna kunde komma till och då i enorm storlek.
De första stjärnorna var inte vanliga fusionsstjärnor
som vår sol. De var gigantiska klumpar av neutral gas som tändes genom fusion i dess kärna med en gång utan att först fragmenteras i små
bitar vilket sker i dagens stjärnbildningsprocess. Den resulterande stjärnmassan var enorm.
De första stjärnorna var mycket ljusstarka och bestod under kort tid, mindre än en miljon år. (Stjärnor i det moderna universum kan existera i miljarder år). Därefter skulle dessa första stjärnor slutat som supernovor.
Dessa supernovor gav upphov till element
tyngre än väte och helium - som sedan blev början till nästa generation av
stjärnbildning vår tids stjärnor. Men då universum efter hand blev alltmer förorenad av
tyngre element än väte och helium kunde processen då enorma stjärnor bildades av väte och helium aldrig mer kunna uppkomma.
Själv
ser jag det som möjligt att hitta dessa jättar som var väldigt ljusstarka men
kortlivade i sökandet i tid och rum med James Webbteleskopet. Om de nu funnits.
Inlägget har som utgångspunkt en artikel av Paul M. Sutter är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook University och Flatiron Institute i New York City
Bild vikimedia tagen av Hubble teleskopet. I den här bilden förstoras och förvrängs en avlägsen galax ljus kraftigt av effekten av gravitationlinsing. Efter att bilden släppts offentligt använde astronomer bilden för att mäta galaxens avstånd från oss vilket visade sig vara 9,4 miljarder ljusår.
