Simulaties geven aanwijzingen voor de massa van de allereerste sterren, de populatie III sterren

Fragment uit de gedane simulatie van de eerste Pop III sterren. Credit: ASIAA/Ke-Jung Chen

De allereerste sterren in het heelal moeten alleen bestaan hebben uit de twee lichtste elementen die er toen in het vroege heelal waren, dat waren de waterstof en helium die in de oerknal waren geproduceerd. Die sterren moeten circa 200 miljoen jaar na de oerknal voor het eerst zijn verschenen, de zogeheten populatie III sterren. Het is een hypothetische klasse van sterren, want er is er nog nooit eentje waargenomen en de reden daarvooris niet zo moeilijk: omdat ze maar kort na de oerknal bestonden en een kort, maar heftig leven kenden, eindigend in een daverende supernova-explosie, waarbij ze het heelal verrijkten met zwaardere elementen, zoals zuurstof en koolstof. Waarnemingen gedaan aan de zogeheten extremely metal-poor (EMP) sterren, die ná de populatie III sterren bestonden en die wèl waargenomen zijn, laten zien dat de populatie III sterren vermoedelijk erg zwaar waren, ergens tussen de 12 en 50 zonsmassa. Eerdere kosmologische simulaties wezen echter op een nog grotere massa, van 50 tot wel 1.000 zonsmassa. Een groot verschil dus tussen theorie en waarnemingen.

Simulatie van structuren in het vroege heelal. In grijs het web van donkere materie, met de felle kleuren de plekken waar de pop III sterren ontstaan. Credit: ASIAA/ Ke-Jung Chen

Maar nu heeft het duo Ching-Yao Tang en Ke-Jung Chen van het Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA) gebruik gemaakt van de supercomputer bij het Berkeley National Lab en daarmee hebben ze driedimensionale hydrodynamische hoge resolutiesimulaties gemaakt van de gaswolken waaruit de populatie III sterren moeten zijn ontstaan. Door supersonische turbulentie moeten die gaswolken zijn gekrompen tot losse brokstukken van 22 tot 175 zonsmassa en daaruit moeten de Pop III sterren zijn ontstaan, met massa’s tussen de 8 en 58 zonsmassa. En dát past heel goed bij de gedane waarnemingen!

Meer hierover is te lezen in het vakartikel van Ching-Yao Tang et al, Clumpy structures within the turbulent primordial cloud, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024).

Bron: Phys.org.

Gerelateerde Astroblogs:

AzTECC71 ‘spookachtig’ sterrenstelsel doemt op uit het vroegste heelal De massa van de eerste sterren beïnvloedde sterk de eigenschappen van de eerste sterrenstelsels Meting ontsnappingssnelheid Melkwegstelsel levert z’n massa op: 640 miljard zonsmassa