Este posibil ca norii de gaz care să se prăbușească în universul timpuriu să fi format și stele cu masă inferioară.
Stelele se formează în univers din nori masivi de gaz. Credit: Observatorul European de Sud, CC BY-SA
Timp de zeci de ani, astronomii s -au întrebat cum au fost primele vedete din univers. Aceste stele au format noi elemente chimice, care au îmbogățit universul și au permis următoarele generații de stele să formeze primele planete.
Primele stele inițial au fost compuse din hidrogen pur și heliu și au fost masive – sute de mii de ori mai mult decât masa soarelui și de milioane de ori mai luminoasă. Viața lor scurtă s -a încheiat în explozii enorme numite supernoveașa că nu au avut nici timpul, nici materiile prime pentru a forma planete și nu mai ar trebui să existe pentru ca astronomii să observe.
Cel puțin asta am crezut noi.
Două studii publicate în prima jumătate a anului 2025 sugerează că nu poate să fi format și stele cu masă inferioară. Un studiu Utilizează o nouă simulare a computerului astrofizic care modelează turbulența în cloud, provocând fragmentarea în aglomerații mai mici, care formează stele. Alte studiu– Un experiment de laborator independent – demonstrează modul în care hidrogenul molecular, o moleculă esențială pentru formarea stelelor, s -ar fi putut forma mai devreme și în abundențe mai mari. Procesul implică un catalizator care poate surprinde profesorii de chimie.
Ca astronom OMS studiază formarea vedetei și planetei și dependența lor de procesele chimice, sunt încântat de posibilitatea ca chimia în primele 50 de milioane până la 100 de milioane de ani după ce Big Bang ar fi putut fi mai activ decât ne așteptam.
Aceste descoperiri sugerează că a doua generație de stele – cele mai vechi stele pe care le putem observa în prezent și, eventual, gazdele primelor planete – s -au format mai devreme decât au crezut astronomii.
Formarea stelelor primordiale
Ilustrație video a procesului de formare a stelelor și planetei. Credit: Institutul Științei Telescopului Space.
Stele formează Când nori masivi de hidrogen, mulți ani lumină de-a lungul prăbușirii sub propria lor gravitație. Prăbușirea continuă până când o sferă luminoasă înconjoară un nucleu dens care este suficient de fierbinte pentru a susține fuziunea nucleară.
Fuziune nucleară Se întâmplă când doi sau mai mulți atomi câștigă suficientă energie pentru a fuziona împreună. Acest proces creează un element nou și eliberează o cantitate incredibilă de energie, care încălzește miezul stelar. În primele stele, atomii de hidrogen s -au contopit împreună pentru a crea heliu.
Noua stea strălucește deoarece suprafața sa este fierbinte, dar energia care alimentează pe care luminozitatea o percolă din miezul său. Luminozitatea unei stele este producția totală de energie sub formă de lumină. Luminozitatea stelei este mica fracție a acelei luminozități pe care o observăm direct.
Se numește acest proces în care stelele formează elemente mai grele prin fuziunea nucleară Nucleosinteza stelară. Continuă în stele după ce se formează Pe măsură ce proprietățile lor fizice se schimbă încet. Stelele mai masive pot produce elemente mai grele, cum ar fi carbon, oxigen și azot, până la fier, într -o secvență de reacții de fuziune care se termină într -un Explozie Supernova.
Supernovele pot crea elemente și mai grele, completând Tabel periodic al elementelor. Stelele cu masă inferioară precum Soarele, cu miezurile lor mai reci, pot susține fuziunea doar până la carbon. Pe măsură ce epuizează hidrogenul și heliu în nucleele lor, se oprește fuziunea nucleară, iar stelele se evaporă lent.
Restul unei explozii de supernove de mare masă de masă imaginată de observatorul cu raze X Chandra, la stânga și rămășița unei stele cu masă joasă care se evaporă într-o bulă albastră, la dreapta. Credit: CC cu 4.0
Stelele cu masă mare au presiune și temperatură ridicată în miezurile lor, așa că ele arde strălucitori și folosește -le rapid combustibilul gazos. Durează doar câteva milioane de ani, în timp ce stele cu masă joasă– Cea de mai puțin de două ori mai mare decât masa soarelui – evoluează mult mai lent, cu o viață de miliarde sau chiar miliarde de ani.
Dacă primele stele ar fi stele cu masă mare, atunci ar fi explodat cu mult timp în urmă. Dar dacă stelele de masă joasă s-au format și în universul timpuriu, s-ar putea să fie încă există pentru noi să observăm.
Chimie care răcește norii
Primii nori de gaz care formează stea, numiți nori protostelari, au fost calde …aproximativ temperatura camerei. Gazul cald are presiune internă care se împinge spre exterior împotriva forței interioare a gravitației încercând să se prăbușească norul. Un balon cu aer cald rămâne umflat de același principiu. Dacă flacăra încălzi aerul de la baza balonului se oprește, aerul din interior se răcește, iar balonul începe să se prăbușească.
Stelele se formează când norii de praf se prăbușesc spre interior și se condensa în jurul unui miez mic, luminos, dens. Credit: NASA, ESA, CSA și STSCI, J. DEPASQUALE (STSCI), CC BY-ND
Doar cei mai masivi nori protostelari cu cea mai mare gravitate ar putea depăși presiunea termică și, în cele din urmă, se prăbușesc. În acest scenariu, primele stele au fost masive.
Singura modalitate de a forma stelele cu masă inferioară pe care o vedem astăzi este ca norii protostelari să se răcească. Gaz în spațiu Se răcește prin radiațiicare transformă energia termică în lumină care transportă energia din nor. Atomii de hidrogen și heliu nu sunt radiatoare eficiente sub câteva mii de grade, dar hidrogenul molecular, H₂, este excelent la răcirea gazului la temperaturi scăzute.
Când este energizat, H₂ emite lumină infraroșie, care răcește gazul și scade presiunea internă. Acest proces ar face prăbușirea gravitațională mai probabilă în norii cu masă inferioară.
Timp de zeci de ani, astronomii au motivat că o abundență scăzută de H₂ mai devreme a dus la nori mai calzi a căror presiune internă ar fi prea caldă pentru a se prăbuși cu ușurință în stele. Ei au ajuns la concluzia că doar nori cu mase enorme și, prin urmare, o gravitate mai mare, s -ar prăbuși, lăsând stele mai masive.
Hidrură de heliu
În a Articolul jurnalului iulie 2025fizicianul Florian Grussie și colaboratorii la Institutul Max Planck pentru fizică nucleară au demonstrat că prima moleculă care se formează în univers, hidrură de heliuHeh⁺, ar fi putut fi mai abundent în universul timpuriu decât se credea anterior. Au folosit un model de calculator și au efectuat un experiment de laborator pentru a verifica acest rezultat.
Hidrură cu heliu? În știința liceului, probabil că ai învățat că heliul este un gaze nobileceea ce înseamnă că nu reacționează cu alți atomi pentru a forma molecule sau compuși chimici. După cum se dovedește, se întâmplă – dar doar sub extrem de rar și întunecat Condițiile universului timpuriuînainte de formarea primelor stele.
Heh⁺ reacționează cu deuteridă de hidrogen – HD, care este un atom normal de hidrogen legat de un Atom de deuteriu mai greu– Pentru a forma H₂. În acest proces, Heh⁺ acționează și ca un lichid de răcire și eliberează căldură sub formă de lumină. Așadar, abundența ridicată a ambelor răcire moleculare mai devreme ar fi putut permite ca norii mai mici să se răcească mai repede și să se prăbușească să formeze stele cu masă inferioară.
Debitul de gaz afectează, de asemenea, masele inițiale stelare
Într -un alt studiu, Publicat în iulie 2025, astrofizicianul Ke-Jung Chen a condus un grup de cercetare la Institutul de Astronomie și Astrofizică a Academiei Sinica, folosind o simulare detaliată a computerului care a modelat modul în care gazul din universul timpuriu ar fi putut curge.
Modelul echipei a demonstrat că turbulență sau mișcare neregulatăîn norii de gaz care se prăbușește uriași pot forma fragmente de nor cu masă mai mică din care stelele cu masă inferioară se condensează.
Studiul a concluzionat că turbulența ar fi putut permite acestor nori de gaz timpurii să formeze stele fie la aceeași dimensiune, fie de până la 40 de ori mai masiv decât masa soarelui.
Galaxy NGC 1140 este mică și conține cantități mari de gaz primordial, cu mult mai puține elemente mai grele decât hidrogenul și heliu decât sunt prezente în Soarele nostru. Această compoziție o face similară cu galaxiile intens de stele găsite în universul timpuriu. Aceste galaxii ale universului timpuriu au fost blocurile de construcție pentru galaxii mari, cum ar fi Calea Lactee. Credit: ESA/Hubble & NASA, CC BY-ND
Cele două noi studii prezic că prima populație de stele ar fi putut include stele cu masă mică. Acum, depinde de noi astronomi observaționali Găsiți -le.
Aceasta nu este o sarcină ușoară. Stelele cu masă mică au luminozități scăzute, deci sunt extrem de slabe. Mai multe studii observaționale au raportat recent posibile detectăridar niciunul nu este încă confirmat cu mare încredere. Cu toate acestea, dacă sunt acolo, le vom găsi în cele din urmă.
Luke Keller este profesor de fizică și astronomie la Colegiul Ithaca.
Acest articol este republicat din Conversația sub licență Creative Commons. Citiți Articol original.
Conversația este o sursă independentă de știri și opinii, provenită din comunitatea academică și de cercetare. Echipa noastră de editori lucrează cu acești experți pentru a -și împărtăși cunoștințele cu publicul mai larg. Scopul nostru este de a permite o mai bună înțelegere a afacerilor actuale și a problemelor complexe și, sperăm, să îmbunătățim calitatea discursului public asupra lor.
