Les premières étoiles de l’univers pesaient peut-être 10 000 fois leur masse le soleilenviron 1 000 fois plus massive que les plus grandes étoiles vivantes aujourd’hui, selon une nouvelle étude.
À l’heure actuelle, les plus grandes étoiles mesurent 100 masses solaires. Les chercheurs ont découvert que l’univers primitif était un endroit beaucoup plus exotique, rempli d’étoiles géantes qui vivaient rapidement et mouraient très jeunes.
Une fois ces géants condamnés morts, les conditions n’étaient pas réunies pour qu’ils se reforment.
Âge sombre cosmique
Il y a plus de 13 milliards d’années, il n’y a pas si longtemps le Big BangL’univers n’a pas d’étoiles. Il n’y avait rien de plus qu’une soupe chaude de gaz naturel, composée presque entièrement d’hydrogène et d’hélium. Cependant, au cours de centaines de millions d’années, ce gaz neutre a commencé à s’accumuler en boules de matière de plus en plus denses. Cette période est connue sous le nom d’âge cosmique des ténèbres.
Dans l’univers contemporain, des boules de matière dense s’effondrent rapidement pour former des étoiles. Mais c’est parce que l’univers moderne a quelque chose qui manquait à l’univers primitif : beaucoup d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. Ces articles sont très efficaces pour évacuer l’énergie. Cela permet aux touffes denses de rétrécir très rapidement et de s’effondrer à des densités suffisamment élevées pour les déplacer La fusion nucléaire Le processus qui alimente les étoiles en fusionnant des éléments plus légers en éléments plus lourds.
Mais la seule façon d’obtenir les éléments les plus lourds en premier lieu est de passer par le processus de fusion nucléaire lui-même. Plusieurs générations de formation, de fusion et de mort d’étoiles ont enrichi l’univers jusqu’à son état actuel.
Sans la capacité de libérer rapidement de la chaleur, la première génération d’étoiles aurait dû se former dans des conditions bien différentes et plus difficiles.
fronts froids
Pour comprendre le mystère de ces premières étoiles, une équipe d’astrophysiciens s’est tournée vers des simulations informatiques sophistiquées de l’âge des ténèbres pour comprendre ce qui se passait à l’époque. Ils ont rapporté leurs découvertes en janvier dans un article Publié dans la base de données de prépublication arXiv Il a été soumis pour examen par les pairs dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Le nouveau travail présente tous les ingrédients cosmiques habituels : la matière noire pour aider à la croissance des galaxies, l’évolution et la collecte de gaz neutre, et le rayonnement qui peut refroidir et parfois réchauffer le gaz. Mais leur travail inclut quelque chose qui manque aux autres : des fronts froids – des flux rapides de matière refroidie – entrant en collision avec des structures déjà formées.
Les chercheurs ont découvert qu’un réseau complexe d’interactions précédait la formation de la première étoile. Le gaz neutre commence à s’agglutiner et à s’agglutiner. L’hydrogène et l’hélium dégageaient très peu de chaleur, permettant aux amas de gaz neutre d’atteindre lentement une densité plus élevée.
Mais les amas à haute densité sont devenus très chauds, produisant un rayonnement qui a séparé le gaz neutre et l’a empêché de se décomposer en de nombreux amas plus petits. Cela signifie que les étoiles formées à partir de ces amas peuvent devenir incroyablement grandes.
étoiles massives
Ces interactions de va-et-vient entre le rayonnement et le gaz neutre ont conduit à d’énormes amas de gaz neutre – les débuts des premières galaxies. Le gaz dans les profondeurs de ces galaxies primordiales a formé des disques d’accrétion à rotation rapide – des anneaux de matière à écoulement rapide qui se sont formés autour d’objets massifs, y compris trous noirs dans l’univers moderne.
Pendant ce temps, sur les bords extérieurs des protogalaxies, des fronts froids ont fait pleuvoir du gaz. Les fronts les plus froids et les plus grands ont pénétré les protogalaxies jusqu’au disque d’accrétion.
Ces fronts froids sont entrés en collision avec les disques, augmentant rapidement leur masse et leur densité jusqu’à un seuil critique, permettant l’apparition des premières étoiles.
Ces premières étoiles n’étaient pas de simples usines de fusion ordinaires. C’étaient des morceaux géants de gaz neutre qui enflammaient leurs noyaux de fusion d’un seul coup, sautant l’étape à laquelle ils se sont effondrés en petits morceaux. L’amas d’étoiles résultant était massif.
Ces premières étoiles étaient incroyablement brillantes et vivraient très peu de temps, moins d’un million d’années. (Les étoiles de l’univers moderne peuvent vivre des milliards d’années.) Puis, ils sont morts dans de furieuses rafales d’explosions de supernova.
Ces explosions auraient transporté les produits de réactions de fusion interne – des éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium – qui à leur tour auraient ensemencé le cycle suivant de formation d’étoiles. Mais maintenant qu’ils sont pollués par des éléments plus lourds, le processus ne peut plus se répéter et ces monstres n’apparaîtront plus jamais sur la scène cosmique.
