Supercomputersimuleringer afkoder massepuslespillet for de første stjerner

Ching-Yao Tang og Dr. Ke-Jung Chen fra Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA) har gjort betydelige fremskridt med at afkode fødselsmassen af ​​de første stjerner ved hjælp af den kraftige supercomputer ved Berkeley National Lab.

Denne nye forskning er rapporteret i det seneste nummer af Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

I de tidligste stadier af universet eksisterede kun brint og helium efter Big Bang, og afgørende livsopretholdende elementer som kulstof og ilt var endnu ikke dukket op. Cirka 200 millioner år senere begyndte de første stjerner, kendt som Population III (Pop III) stjerner, at dannes.

Disse stjerner igangsatte produktionen af ​​tungere grundstoffer gennem atomafbrænding i deres kerne. Da disse stjerner nåede slutningen af ​​deres livscyklus, gik nogle supernovaer og skabte kraftige eksplosioner, der spredte nysyntetiserede grundstoffer ind i det tidlige univers og blev grundlaget for liv.

Den type supernova, der opstår, afhænger af massen af ​​den første stjerne ved dens død, hvilket resulterer i forskellige kemiske overflodsmønstre. Observationer af ekstremt metalfattige (EMP) stjerner, dannet efter de første stjerner og deres supernovaer, har været afgørende for at estimere den typiske masse af de første stjerner. Observationsmæssigt tyder den elementære overflod af EMP-stjerner på, at de første stjerner havde masser fra 12 til 60 solmasser.

Tidligere kosmologiske simuleringer foreslog imidlertid en toptung og bredt fordelt massefunktion for de første stjerner, der spænder fra 50 til 1.000 solmasser. Denne betydelige masseforskel mellem simuleringer og observationer har forvirret astrofysikere i mere end et årti.

Ching-Yao Tang og Ke-Jung Chen brugte den kraftfulde supercomputer på Berkeley National Lab til at skabe verdens første højopløselige 3D hydrodynamiksimuleringer af turbulente stjernedannende skyer til de første stjerner. Deres resultater indikerer, at supersonisk turbulens effektivt fragmenterer de stjernedannende skyer i flere klumper, hver med tætte kerner i området fra 22 til 175 solmasser, bestemt til at danne de første stjerner med masser på omkring 8 til 58 solmasser, der stemmer godt overens med observationen .

Desuden, hvis turbulensen er svag eller uløst i simuleringerne, kan forskerne gengive lignende resultater fra tidligere simuleringer. Dette resultat fremhæver først vigtigheden af ​​turbulens i den første stjernedannelse og tilbyder en lovende vej til at reducere den teoretiske masseskala for de første stjerner. Den forener med succes masseuoverensstemmelsen mellem simuleringer og observationer, hvilket giver et stærkt teoretisk grundlag for den første stjernedannelse.

Flere oplysninger: Ching-Yao Tang et al., Klumpede strukturer i den turbulente primordiale sky, Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae764

Journaloplysninger: Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society

Leveret af ASIAA