Вчені з Інституту астрономії та астрофізики Китайської академії наук (ASIAA) досягли значного прогресу у вирахуванні маси, яку мали перші зірки при народженні. В цьому їм допоміг потужний суперкомп’ютер в Національній лабораторії Берклі.
На ранніх стадіях розвитку Всесвіту після Великого вибуху існували лише водень і гелій, а такі важливі для підтримки життя елементи, як вуглець і кисень, ще не з’явилися. Приблизно через 200 млн років почали формуватися перші зірки, відомі як Популяція III. Це гіпотетична популяція надзвичайно масивних та гарячих зір, і її існування органічно випливає з сучасних космологічних концепцій.
Ці зірки ініціювали виробництво важчих елементів через ядерне горіння в їхніх ядрах. Коли вони досягали кінця свого життєвого циклу, деякі з них ставали надновими, створюючи потужні вибухи, які розсіювали щойно синтезовані елементи у ранньому Всесвіті. Популяція II вже народилась з речовини, яка була збагачена продуктами термоядерного синтезу зір першого покоління та мала відносно малу металічність.
Тип наднової, яка виникає, залежить від маси першої зірки на момент її загибелі, що призводить до різного співвідношення хімічних елементів. Спостереження за зірками з відносно малою металічністю, що утворилися після вибухів представників Популяції III, мали вирішальне значення для оцінки типової маси перших зірок. За даними спостережень, вміст елементів у них вказує на те, що перші зірки мали масу від 12 до 60 мас Сонця.
Однак попередні космологічні симуляції пропонували для перших зірок у Всесвіті досить широкий діапазон можливої маси – від 50 до 1000 мас Сонця. Ця значна розбіжність між моделюванням і спостереженнями спантеличувала астрофізиків понад десять років.
Для нового дослідження китайські вчені використовували потужний суперкомп’ютер у Берклі, щоб створили перші у світі 3D-симуляції гідродинаміки з високою роздільною здатністю турбулентних зореутворюючих хмар для перших зірок. Результати показують, що надзвукова турбулентність ефективно фрагментує зоряні хмари на кілька згустків, кожен з яких має щільне ядро масою від 22 до 175 мас Сонця. Це ядро призначене для формування перших зірок масою від 8 до 58 мас Сонця, і цей показник добре узгоджується з даними спостережень.
Крім того, якщо турбулентність є слабкою або невизначеною в симуляціях, вчені можуть відтворити подібні результати з попередніх симуляцій. Цей результат вперше підкреслює важливість самої турбулентності в процесі формування перших зірок і пропонує багатообіцяючий шлях до зменшення теоретичної шкали мас, які мали перші зірки.
Читайте також: