Ching-Yao Tang och Dr Ke-Jung Chen från Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA) har gjort betydande framsteg i att avkoda de första stjärnornas födelsemassa med hjälp av den kraftfulla superdatorn vid Berkeley National Lab.
Denna nya forskning rapporteras i det senaste numret av Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Under de tidigaste stadierna av universum fanns bara väte och helium efter Big Bang, och avgörande livsuppehållande element som kol och syre hade ännu inte dykt upp. Ungefär 200 miljoner år senare började de första stjärnorna, kända som Population III (Pop III) stjärnor, bildas.
Dessa stjärnor initierade produktionen av tyngre grundämnen genom kärnvapenbränning i deras kärnor. När dessa stjärnor nådde slutet av sin livscykel gick några supernovor och skapade kraftfulla explosioner som spredde nysyntetiserade element i det tidiga universum och blev grunden för livet.
Vilken typ av supernova som uppstår beror på den första stjärnans massa vid dess bortgång, vilket resulterar i olika kemiska förekomstmönster. Observationer av extremt metallfattiga (EMP) stjärnor, bildade efter de första stjärnorna och deras supernovor, har varit avgörande för att uppskatta den typiska massan för de första stjärnorna. Observationsmässigt tyder det elementära överflödet av EMP-stjärnor på att de första stjärnorna hade massor från 12 till 60 solmassor.
Tidigare kosmologiska simuleringar föreslog dock en topptung och brett fördelad massfunktion för de första stjärnorna, från 50 till 1 000 solmassor. Denna betydande massskillnad mellan simuleringar och observationer har förbryllat astrofysiker i mer än ett decennium.
Ching-Yao Tang och Ke-Jung Chen använde den kraftfulla superdatorn vid Berkeley National Lab för att skapa världens första högupplösta 3D hydrodynamiksimuleringar av turbulenta stjärnbildande moln för de första stjärnorna. Deras resultat indikerar att överljudsturbulens effektivt splittrar de stjärnbildande molnen i flera klumpar, var och en med täta kärnor som sträcker sig från 22 till 175 solmassor, avsedda att bilda de första stjärnorna med massor av omkring 8 till 58 solmassor som stämmer väl överens med observationen .
Dessutom, om turbulensen är svag eller olöst i simuleringarna, kan forskarna återskapa liknande resultat från tidigare simuleringar. Detta resultat belyser först vikten av turbulens i den första stjärnbildningen och erbjuder en lovande väg för att minska den teoretiska massskalan för de första stjärnorna. Den förenar framgångsrikt massdiskrepansen mellan simuleringar och observationer, vilket ger en stark teoretisk grund för den första stjärnbildningen.
Mer information: Ching-Yao Tang et al, Klumpiga strukturer inom det turbulenta urmolnet, Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae764
Journalinformation: Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society
Tillhandahålls av ASIAA
