První hvězdy ve vesmíru mohla být dvojčata

První hvězdy, které vznikly v raném vesmíru, nebyly vždycky jen „osamělé“ hvězdy, ale někdy se vytvářely jako dvojhvězdy. Vyplývá to z článku, publikovaného v Science Express. Po vytvoření rozsáhlých počítačových simulací raného vesmíru astrofyzikové Matthew Turk a Tom Abel (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory) a Brian O'Shea (Michigan State University) získali velké množství detailů k pochopení podmínek, za jakých první hvězdy vznikaly.

Obrázek z počítačové simulace (viz úvod článku) ukazuje vytvoření dvou oblastí s vysokou hustotou (žlutá barva) v raném vesmíru, zhruba v době 200 miliónů roků po velkém třesku. Hustá jádra jsou od sebe vzdálena přibližně 800 astronomických jednotek (tj. vzdáleností Země od Slunce) a předpokládá se jejich vývoj v podobě binární soustavy (dvojhvězdy).

„Vycházeli jsme z předpokladu, že se první hvězdy vytvářely osamoceně, ale nyní z našich počítačových simulací vidíme, že se občas zrodili také sourozenci“, říká Matthew Turk. „Tyto hvězdy poskytují stavební materiál pro příští generace hvězd, takže jejich pochopením můžeme lépe porozumět tomu, jak se formovaly další hvězdy a galaxie.“

K uskutečnění tohoto objevu vědci vytvořili mimořádně detailní počítačové simulace vzniku prvních hvězd. Do virtuálního vesmíru vložili prvotní plyn a temnou hmotu v poměru, v jakém obě tyto složky existovaly krátce po velkém třesku. Tato data byla získána na základě pozorování mikrovlnného kosmického pozadí. Toto většinou homogenní záření – slabé záření na rádiových vlnách pokrývající celou oblohu – obsahuje jemné odchylky, které odrážejí všechny vznikající struktury budoucího vesmíru.

Turk, Abel a O'Shea vytvořili pět intenzivních simulací dat, z nichž každá zahrnovala objem 650 biliard krychlových kilometrů vesmíru, což zabralo tři týdny práce 64 procesorů. Simulace byly zaměřeny na vznikající první hvězdy populace III: hmotné horké hvězdy, které se zformovaly pouhých několik set miliónů roků po Big Bangu.

Jak vesmír postupně chladnul, gravitace začala přitahovat hmotu dohromady do větších shluků. A v oblastech bohatých na hmotu se začaly formovat první hvězdy. V jedné z pěti simulací se z jednoho oblaku prachu a temné hmoty začala vytvářet „dvojitá“ hvězda: jedna s hmotností odpovídající 10 hmotnostem Slunce, druhá s hmotností 6,3 Sluncí. Obě se ještě zvětšovaly až do konce výpočtů a pravděpodobně ještě několikrát zvýšily svoji hmotnost.

„Realizovali jsme pět simulací, zahrnujících období od vzniku vesmíru a k našemu překvapení jedna z nich byla mimořádná,“ říká Abel. „To otevírá zcela novou oblast možností výzkumu. Tyto hvězdy se mohly vyvinout do dvou černých děr, které mohly vytvářet gravitační vlny, jež bychom mohli detekovat pomocí zařízení, jako je například Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory. Pokud se z nich vytvořily větší černé díry, pak je můžeme registrovat pomocí zařízení Laser Interferometer Space Antenna. V dalším případě se jedna z hvězd mohla vyvinout v černou díru, která mohla vytvořit záblesk gama záření, jež můžeme detekovat pomocí přístrojů na družici Swift nebo Fermi Gamma-ray Space Telescope.“

Turk dodává: „To nám pomůže doladit naše modely vzniku a vývoje jednotlivých struktur vesmíru. Porozumění vývoji velmi raných hvězd napomůže k pochopení toho, co ve vesmíru pozorujeme dnes. Dokonce to pomůže objasnit, jak a kdy vznikly některé atomy naší Země.“

Velmi málo je toho známo o prvních hvězdách, které ve vesmíru vznikly. Teoreticky je možné spatřit je v dalekohledu při pozorování objektů, které jsou od nás extrémně daleko, odkud jejich světlo putuje k Zemi miliardy roků. Avšak současné dalekohledy nejsou schopny rozlišit tak slabé objekty.

Počítačové simulace naznačují, že pradávné světelné zdroje, nazvané hvězdy populace III, byly mimořádně hmotné – jejich hmotnost se pohybovala v intervalu 30 až 300 hmotností Slunce. Současné hvězdy v naší Galaxii mají průměrnou hmotnost 0,8 hmotnosti Slunce.

Turk, Abel a O'Shea simulovali podmínky v období 20 miliónů roků po velkém třesku, kdy vesmír byl „polévkou“ skládající se ponejvíce z vodíku a hélia. Provedli 5 počítačových simulací, každá začínala s nepatrně odlišným počátečním rozložením plynů. Simulace vymodelovaly, co se mohlo stát v průběhu prvních 190 miliónů roků po vzniku vesmíru, což je dostatečný čas pro gravitační působení, ochlazení plynu a k jeho kondenzaci v jádra hustého plynu, z kterých se případně mohly vytvořit první hvězdy.

Zdroj: http://www.newscientist.com/article/dn17440-universes-first-stars-may-have-been-twins.html a http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=28685

autor: František Martinek