Vi kan snart være i stand til at se de første supergigantiske stjerner i universet

Vi skal tale om den mørke middelalder. Ingen, ikke den mørke middelalder efter det vestromerske imperiums fald. Den kosmologiske mørke middelalder. Tiden i vores univers, milliarder af år siden, før dannelsen af ​​de første stjerner. Og vi skal tale om den kosmiske daggry:fødslen af ​​de første stjerner, en tumultarisk epoke, der fuldstændig omformede ansigtet af kosmos til dets moderne form.

De første stjerner kan have været fuldstændig ulig noget, vi ser i det nuværende univers. Og vi kan, hvis vi er heldige, være på nippet til at se dem for første gang.

De første sorte huller

Først skal vi oprette et lille mysterium.

Vi ved alle efterhånden, hvordan sorte huller opstår. En kæmpe stjerne, et sted nord for otte gange vores sols masse, lever sit korte, men forudsigelige liv, fusionerer brint til helium. Så løber den tør for brint og begynder at fusionere helium. Så løber den tør for helium og begynder at brænde tungere ting, på vej op i det periodiske system, indtil det rammer jern. At sammensmelte jern suger energi i stedet for at frigive energi, og så intet kan stoppe stjernens forfærdelige gravitationssammenbrud. Alt bliver presset ned i et lille volumen, og nu har du et sort hul.

Over tid kan det sorte hul mødes og forbruge andre sorte huller, eller bare die på det omgivende interstellare materiale, stigende i oksekød hele tiden. Givet nok tid og nok mad, det sorte hul kan svulme op og blive en kæmpe – en supermassiv kæmpe. Disse væsner lurer i galaksernes hjerter, og let vippe vægten til en kæmpe million gange vores sols masse.

Nyt materiale fortsætter med at falde ind – bare fordi det sorte hul er gigantisk betyder det ikke, at dets sult er stillet – og da gassen falder ned i det sorte huls gabende mave, det komprimerer og opvarmes, lyser stærkere end en galakses stjerner. Dette objekt går under flere navne – kvasar, blazar, aktiv galaktisk kerne - men de betyder alle det samme:et kæmpe sort hul føder.

Det er godt og vel og lidt skræmmende, men her er et problem. Vi ser kvasarer i det meget fjerne univers, hvilket betyder, at vi ser kvasarer i det meget unge univers, da den ikke engang var en milliard år gammel (ja, det er ungt for et univers). Og den proces, jeg lige har beskrevet ovenfor (dannende store stjerner, lade dem leve og dø, skabe et sort hul, at lade det fodre til gigantiske proportioner) tager meget længere tid end en milliard år.

Hvordan producerede vores univers monster sorte huller så hurtigt?

Fossiler af en oldtidsalder

Hvis den sædvanlige stjerne-> sort hul-> kvasarruten ser ikke ud til at fungere i det tidlige univers, det er på tide at overveje alternativer. Genveje. Hurtigere veje til at skabe de store sorte huller, som vores observationer kræver, findes. Og den hurtigste måde at lave et supermassivt sort hul på er at starte med en supermassiv stjerne.

Hvor supermassivt? Hvad med 100, 000 solmasser, er det stort nok til dig?

Sådanne stjerner findes simpelthen ikke i nutidens univers. Hvis du prøver at proppe alle de ting ind i en kompakt nok volumen til at forvandle den til en stjerne, interaktioner og ustabilitet vil fragmentere det som så meget smuldrende småkagedej i dine hænder, danner masser af normale stjerner i stedet for en enkelt monsterstjerne. Det er derfor, vi tror, ​​at stjerner over 100 solmasser er, mens det er muligt, yderst sjælden i dag.

Men æraen med det kosmiske daggry var en anden tid. For en, ingen tunge grundstoffer eksisterede endnu – atomsmedjerne havde ikke været i drift længe nok til at forurene de interstellare vandveje. Stråling fra disse ekstra elementer er en fantastisk måde at køle en gassky ned og udløse dens fragmentering i mindre bidder. Sekund, det unge kosmos blev oversvømmet med højenergi ultraviolet stråling fra andres pludselige fødsel, mindre stjerner. Denne stråling nedbryder molekylært brint, en anden nøglevej til at køle ned og fragmentere en kæmpe gassky.

Så selvom det igen er sjældent, betingelserne kan have været lige netop i slutningen af ​​den kosmiske mørke tidsalder til at danne kæmpe og endda supergigantiske stjerner:nok materiale kunne have strømmet ind i et lille nok volumen uden at splitte fra hinanden, føder en kæmpe stjerne.

Disse kæmpestjerner ville have ført korte liv og kollapset direkte for at danne store sorte huller, genvej den sædvanlige vej til at lave kvasarer.

Det kosmiske daggry bryder frem

Det lyder som en god idé, men i videnskaben skal store ideer konfronteres med beviserne, før vi kan begynde at tro på dem. I dette tilfælde, det ville være ret praktisk at have et fotografi af en af ​​disse gigantiske stjerner, før de blev til sorte huller og derefter til kvasarer.

Det er hårdt, selvom, fordi alderen, hvor disse stjerner levede og døde, er langt væk fra os. Og de stjerner, mens den stadig er kæmpemæssig efter stjernestandarder, var meget meget små, gør dem endnu sværere at få øje på på disse ekstreme afstande.

Men for en gangs skyld får vi måske en heldig pause. Nylige simuleringer af disse mærkelige stjerner afslører, at de er overraskende seje, have en overfladetemperatur et sted mellem 6, 000-8000 Kelvin, giver deres overflader en intens rød glød. Og på grund af deres utrolige omfang, de er meget lyse, sprængfyldt med lys med en intensitet på ti milliarder sole. Denne kombination af ren lysstyrke og dyb rødme betyder, at de potentielt er synlige i infrarøde bølgelængder til nogle kommende missioner.

Missioner som James Webb Space Telescope, et instrument specielt designet til at gå på jagt efter de første stjerner. Hvis supergigantiske stjerner eksisterede i disse længe svundne epoker, og hvis nogle af dem var heldige nok til at overleve ind i den æra, hvor deres brødre allerede begyndte at forvandle sig til monster sorte huller, sætter dem bare en smule tættere på, der er en chance for, at vi direkte kan tage deres billede.

Sikke et syn det ville være.