Ένα αστέρι μόνο εξέπεμψε το πρώτο φως στο Σύμπαν

Από σελίδα του Physics Web, 15 Νοεμβρίου 2001

Ένα μόνο ογκώδες αστέρι ήταν η πρώτη κοσμική δομή που σχηματίστηκε μετά το Big Bang σύμφωνα με μια ομάδα αστροφυσικών από τις ΗΠΑ. Πρόσφατες προσομοιώσεις που έγιναν από τον Tom Abel του κέντρου Smithsonian του Χάρβαρντ για την αστροφυσική, και τους συναδέλφους του, έδειξαν πώς οι διακυμάνσεις πυκνότητας στον πρώϊμο Σύμπαν θα μπορούσαν να έχουν οδηγήσει στο σχηματισμό ενός προ-γαλαξιακού σύννεφου αερίων με ένα απομονωμένο αστέρι στο κέντρο του. Επιπλέον, το μοντέλο προβλέπει ότι κανένα άλλο αστρικό αντικείμενο δεν θα μπορούσε να έχει διαμορφωθεί προτού να πεθάνει αυτό το πρώτο αστέρι σε μια έκρηξη supernova (T. Abel et al στο νέο τεύχος Νοεμβρίου του περιοδικού Science.)

Προσομοίωση σχηματισμού πρωτοαστέρων μετά το Big Bang

Για 30 έτη οι αστρονόμοι υποστήριζαν ότι πυκνά σμήνη άστρων, υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και ακόμη αντικείμενα με μέγεθος πλανήτη, ήταν τα πρώτα αντικείμενα στον κόσμο. Η ποικιλομορφία αυτών των προβλέψεων οφείλεται στη θερμική αστάθεια του αρχέγονου αερίου και και στη χημική του δραστικότητα.

Και οι δύο αυτοί παράγοντες είναι δύσκολο να ενταχθούν σε αναλυτικούς υπολογισμούς. Αντίθετα, η προσομοίωση από τον Abel και τους συναδέλφους του ακολουθεί τις χημικές διαδικασίες και την ακτινοβολία που εμφανίζονται στα άτομα και τα ιόντα του υδρογόνου και του ηλίου.

Αρχίζοντας από ένα επίπεδο Σύμπαν γεμάτο κυρίως με αόρατη σκοτεινή ύλη, που περιέχει μόνο 6% από τη συνηθισμένη ύλη, και της οποίας η ύπαρξη είναι γνωστή μόνο εξαιτίας της δύναμης της βαρύτητας που ασκεί στα ουράνια σώματα, η προσομοίωση χαρτογραφεί γεγονότα που συνέβησαν κάπου 13 εκατομμύρια έτη μετά από το Big Bang.

Οι μικρές διακυμάνσεις της πυκνότητας έφτασαν σε ένα σημείο κρίσιμης μάζας, και κατέρρευσαν. Προκάλεσαν έτσι το σχηματισμό των προ-γαλαξιακών αντικειμένων, τα οποία συγχωνεύτηκαν για να διαμορφώσουν πιο ογκώδεις δομές, όχι σαν αυτά που υπάρχουν σήμερα. Κανένα από αυτά όμως δεν υπάρχει μέχρι σήμερα, αφού έφτασαν στην κατάσταση του σουπερνόβα, πολλά εκατομμύρια χρόνια πριν.

Όπως υποδηλώνουν τα αντικείμενα αυτά, το αρχέγονο αέριο συγκεντρώνεται, ψύχεται και συμπυκνώνεται για να διαμορφώσει ένα κρύο, πυκνό σύννεφο. Περίπου 140 εκατομμύρια έτη αργότερα, ο πυρήνας αυτού του σύννεφου είχε αποκτήσει 100 φορές περισσότερη μάζα από τον ήλιο και είχε γίνει αρκετά πυκνός για να σχηματιστούν μόρια υδρογόνου.

"Το πρώτο άστρο φτιάχτηκε μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά το Big Bang", δήλωσε ο Abel και συνέχισε πως φτιάχτηκαν από υδρογόνο και ήλιο και αυτό επηρεάζει πολύ τις ιδιότητές τους. Έτσι ήταν πολύ λαμπρότερα από τα σημερινά άστρα και βέβαια πολύ πιο θερμά και μεγάλα.

Οι επιστήμονες έκαναν έναν υπολογισμό σχετικά με τον αριθμό αυτών των άστρων, αν και δεν μπορούν να γνωρίζουν τον ακριβή τους αριθμό. Πιθανώς να υπήρχαν 10.000 περίπου τέτοια άστρα, μόνο στην περιοχή που αργότερα έγινε ο Γαλαξίας μας.

Σύμφωνα με την προσομοίωση, αυτός ο τριμερής σχηματισμός του μοριακού υδρογόνου αποτρέπει τον πυρήνα από τη διάσπασή του. Αντίθετα, ένα μοναδικό, ενιαίο πρωτο-αστέρι, παρόμοιο στη μάζα με τον ήλιο, σχηματίζεται στο κέντρο του πυρήνα και η μάζα του προσαυξάνεται γρήγορα για να γίνει ένα πλήρως αναπτυγμένο αστέρι το οποίο δεν περιέχει καθόλου μέταλλα.

Ο Abel και οι συνάδελφοί του προβλέπουν ότι η τελική μάζα του αστεριού είναι μεταξύ 30 και 300 ηλιακών μαζών, αν και η ακριβής τιμή εξαρτάται από τον λεπτομερή μηχανισμό της προσαύξησης. Η ομάδα θεωρεί ότι τέτοια ογκώδη αρχέγονα αστέρια προσφέρουν μια φυσική εξήγηση για την απουσία μικρών αστεριών που δεν περιέχουν μέταλλα στον γαλαξία μας.

Oι θερμοπυρηνικές εστίες στο κέντρο αυτών των άστρων, διαμόρφωσαν τα πρώτα χημικά στοιχεία με μεγαλύτερο βάρος από αυτό του ηλίου και του υδρογόνου. Οι επιστήμονες πιστεύουν πως πολλές γενιές άστρων -και τα σουπερνόβα τους- χρειάστηκαν για να παραχθεί όλη αυτή η ποικιλία χημικών στοιχείων που γνωρίζουμε σήμερα. Μάλλον δε τα πρώτα βαρύτερα στοιχεία που συνετέθησαν, απελευθερώθηκαν και διασκορπίστηκαν μέσα από εκρήξεις άστρων τα αρχικά δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.