Ten artykuł został pierwotnie opublikowany pod adresem Rozmowa. Publikacja przyczyniła się do artykułu do Space.com Głosy ekspertów: Op-Ed & Insights.
Przez dziesięciolecia astronomowie zastanawiali się, co Pierwsze gwiazdy we wszechświecie były jak. Gwiazdy te utworzyły nowe pierwiastki chemiczne, które wzbogacały wszechświat i pozwoliły kolejnym pokoleniom gwiazd tworzenie pierwszych planet.
Pierwsze gwiazdy początkowo składały się z czystego wodoru i helu i były one masywne – setki do tysięcy razy masy Słońce i miliony razy bardziej świetlisty. Ich krótkie życie zakończyło się Ogromne wybuchy zwane supernowąwięc nie mieli ani czasu, ani surowców na tworzenie planet, i nie powinni już istnieć, aby astronomowie mogli obserwować.
Przynajmniej tak myśleliśmy.
Dwa badania opublikowane w pierwszej połowie 2025 r. Sugerują, że zapadanie chmur gazowych we wczesnym wszechświecie mogło również utworzyć gwiazdy o niższej masie. Jedno badanie Wykorzystuje nową astrofizyczną symulację komputerową, która modeluje turbulencje w chmurze, powodując fragmentację w mniejsze, tworzące gwiazdy kępy. . inne badanie – Niezależny eksperyment laboratoryjny – pokazuje, jak Wodór molekularnycząsteczka niezbędna do tworzenia gwiazd, mogła powstać wcześniej i w większych obfitościach. Proces ten obejmuje katalizator, który może zaskoczyć nauczycieli chemii.
Jako astronom Who Studies Star and Planet Formation i ich zależność od procesów chemicznych, jestem podekscytowany możliwością, że chemia w ciągu pierwszych 50 milionów do 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu mogła być bardziej aktywna, niż się spodziewaliśmy.
Odkrycia te sugerują, że drugie pokolenie gwiazd – najstarszych gwiazd, które możemy obecnie obserwować i prawdopodobnie gospodarze pierwszych planet – mogły powstać wcześniej niż sądzili astronomowie.
Pierwotna formacja gwiazd
Forma gwiazd Kiedy masywne chmury wodoru wiele lat świetlnych upadają pod własną grawitacją. Upadek trwa, aż świetlista kula otacza gęsty rdzeń, który jest wystarczająco gorący, aby utrzymać fuzję nuklearną.
Fuzja jądrowa Zdarza się, gdy dwa lub więcej atomów zyska wystarczającą ilość energii, aby połączyć się razem. Proces ten tworzy nowy element i uwalnia niesamowitą ilość energii, która ogrzewa gwiezdny rdzeń. W pierwszych gwiazdach atomy wodoru połączyły się ze sobą, aby stworzyć hel.
Nowa gwiazda świeci, ponieważ jej powierzchnia jest gorąca, ale energia, którą jasność wynika z rdzenia. Jasność gwiazdy to jego całkowita moc energii w postaci światła. Jasnością gwiazdy jest niewielka ułamek tej jasności, którą bezpośrednio obserwujemy.
Proces ten, w którym gwiazdy tworzą cięższe elementy przez fuzję jądrową, jest nazywane nukleosynteza gwiezdna. Kontynuuje gwiazdy po ich utworzeniu Gdy ich właściwości fizyczne powoli się zmieniają. Bardziej masywne gwiazdy mogą wytwarzać cięższe pierwiastki, takie jak węgiel, tlen i azot, aż do żelaza, w sekwencji reakcji fuzyjnych, które kończą się w a Eksplozja supernowa.
Supernowe mogą tworzyć jeszcze cięższe elementy, wypełniając Okresowa tabela elementów. Gwiazdy o niższej masie, takie jak Słońce, z ich chłodniejszymi rdzeniami, mogą utrzymać fuzję tylko do węgla. Gdy wyczerpują wodór i hel w rdzeni, fuzja jądrowa zatrzymuje się, a gwiazdy powoli odparowują.
Gwiazdy o wysokiej masie mają wysokie ciśnienie i temperaturę w swoich rdzeniach, więc one Spal się jasno i szybko zużyj swoje gazowe paliwo. Trwają zaledwie kilka milionów lat, podczas gdy Gwiazdy o niskiej masie – Te mniej niż dwa razy większa masa słoneczna – ewoluują znacznie wolniej, z żywotnością miliardów, a nawet bilionów lat.
Gdyby najwcześniejsze gwiazdy były gwiazdami o wysokiej masie, wybuchłyby dawno temu. Ale jeśli gwiazdy o niskiej masie również powstały we wczesnym wszechświecie, nadal mogą istnieć, abyśmy mogli obserwować.
Chemia, która chłodzi chmury
Pierwsze chmury gazowe tworzące gwiazdy, zwane chmurami protostellarnymi, były ciepłe- z grubsza temperatura pokojowa. Ciepły gaz ma ciśnienie wewnętrzne, które pcha się na zewnątrz na wewnętrzną siłę grawitacji, próbując zawalić chmurę. Balon na gorące powietrze pozostaje napompowany tą samą zasadą. Jeśli płomień ogrzewający powietrze u podstawy balonu zatrzyma się, powietrze wewnątrz ochładza się, a balon zaczyna się zapadać.
Tylko najbardziej masywne chmury protostellarne o największej grawitacji mogłyby pokonać ciśnienie termiczne i ostatecznie zapaść się. W tym scenariuszu pierwsze gwiazdy były ogromne.
Jedynym sposobem na utworzenie gwiazd o niższej masie, które widzimy dzisiaj, jest ochłodzenie chmur protostellar. Gaz w kosmosie chłodzi promieniowaniektóry przekształca energię cieplną w światło, które przenosi energię z chmury. Atomy wodoru i helu nie są wydajnymi grzejnikami poniżej kilku tysięcy stopni, ale wodór molekularny, H₂, jest świetny w chłodzeniu gazu w niskich temperaturach.
Po energii H₂ emituje światło w podczerwieni, które chłodzi gaz i obniża ciśnienie wewnętrzne. Proces ten byłby bardziej prawdopodobny w chmurach o niższej masie.
Przez dziesięciolecia astronomowie uzasadnili, że niska obfitość H₂ wcześnie spowodowała cieplejsze chmury, których ciśnienie wewnętrzne byłoby zbyt gorące, aby łatwo zawalić się w gwiazdy. Doszli do wniosku, że tylko chmury z ogromnymi masami, a zatem większą grawitację, zapadną się – pozostawiając bardziej masywne gwiazdy.
Wodorek helu
W Artykuł z dziennika lipca 2025fizyk Florian Grussie i współpracownicy w Max Planck Institute for Nuclear Physics wykazali, że pierwsza cząsteczka, która powstała we wszechświecie, Wodorek heluHeh⁺, mógł być bardziej obfity we wczesnym wszechświecie niż wcześniej sądzono. Wykorzystali model komputerowy i przeprowadzili eksperyment laboratoryjny, aby zweryfikować ten wynik.
Wodorek helu? W nauce w szkole średniej prawdopodobnie dowiedziałeś się, że hel jest Szlachetny gazco oznacza, że nie reaguje z innymi atomami, tworząc cząsteczki lub związki chemiczne. Jak się okazuje, tak – ale tylko pod wyjątkowo rzadkim i ciemnym Warunki wczesnego wszechświatazanim powstały pierwsze gwiazdy.
HEH⁺ reaguje z deuterkiem wodoru – HD, który jest jednym normalnym atomem wodoru związanym z Cięższy atom deuterowy – Aby utworzyć h₂. W trakcie tego procesu HEH⁺ działa również jako płyn chłodzący i uwalnia ciepło w postaci światła. Tak więc wysoka liczebność obu chłodzących cząsteczkowych wcześniej mogła pozwolić mniejszym chmurom szybciej ostygnąć i zapaść się, tworząc gwiazdy niższej masy.
Przepływ gazu wpływa również na gwiezdne masy początkowe
W innym badaniu, Opublikowane w lipcu 2025, astrofizyk Ke-Jung Chen poprowadził grupę badawczą w Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrofizyka, stosując szczegółową symulację komputerową, która modelowała, jak mógł płynąć gaz we wczesnym wszechświecie.
Model zespołu pokazał to turbulencja lub nieregularny ruchw gigantycznych zawalających się chmurach gazowych może tworzyć fragmenty chmury niższej masowej, z których gwiazdy niższej masowej kondensują się.
W badaniu stwierdzono, że turbulencje mogły pozwolić tym wczesnym chmurom gazowym tworzyć gwiazdy albo tej samej wielkości lub do 40 razy bardziej masywne niż masa słoneczna.
Dwa nowe badania przewidują, że pierwsza populacja gwiazd mogła obejmować gwiazdy o niskiej masie. Teraz to od obserwacyjnych astronomów Znajdź je.
To nie jest łatwe zadanie. Gwiazdy o niskiej masie mają niskie luminowości, więc są wyjątkowo słabe. Niedawno zgłosiło kilka badań obserwacyjnych możliwe wykryciaale żaden nie jest jeszcze potwierdzony z dużą pewnością siebie. Jeśli jednak tam są, w końcu je znajdziemy.
Ten artykuł jest opublikowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytaj Oryginalny artykuł.
