Proč byly první hvězdy tak obrovské?

Jedním z velkých úkolů v astronomii je najít první hvězdy. Tyto hvězdy žily a zemřely během několika set milionů let po Velkém třesku, ale pro ty ve velmi vzdálených částech vesmíru k nám jejich světlo může dosáhnou až nyní, když strávily 14 miliard let přecházením prostoru mezi nimi. Na takovou vzdálenost je těžké spatřit galaxii, natož jednotlivé hvězdy, přesto si mnoho astronomů myslí, že se přibližujeme díky pouhé velikosti některých z těchto obrů. Proč tedy měl raný vesmír hvězdy o tolik větší než ty, které existují dnes?

Než na to odpovíme, trochu pozadí a vysvětlení pojmů. Pokud mluvíme o velikosti, spíše než o hmotnosti, dnes existují skutečně obrovské hvězdy. Je známé, že kdyby střed Betelgeuze byl tam, kde je Slunce, jeho vnější hranice by se táhly téměř k Jupiteru, takže by jeho poloměr byl téměř 1000krát větší než Slunce a jeho objem by se blížil miliarděkrát větší. Tato čísla jsou přibližná, neustále se měnící povrch Betelgeuse, který připomíná hrnec přicházející do varu, je tak těžké změřit, odhady se liší o 30-40 procent, ale není pochyb o tom, že je velmi, velmi velký.

Navíc Betelgeuse je jen náš místní veleobr, známý tím, že je relativně blízko. Existují podstatně větší hvězdy, jako je VY Canis Majoris.

I když však tyto hvězdy mají objem mnohem větší než Slunce, je to proto, že se nafoukly, když jim na konci jejich života dochází vodík. Hmotnost je důležitější mírou hvězdy a zde je rozsah menší. Nejhmotnější známé hvězdy v naší galaxii obsahují přibližně 125 hmotností Slunce. Nad těmito odhady jsou také otazníky, protože pokud nemají doprovodnou hvězdu, můžeme měřit hmotnost pouze nepřímo. Přesto se dnes obecně považuje za hranici mezi 100 a 200 hmotnostmi Slunce.

Toho dosáhne jen velmi málo hvězd – ve skutečnosti má většina hvězd mnohem menší hmotnost než Slunce.

Jak je tedy možné, že lovíme „nebeská monstra“, o nichž se předpokládá, že mají 5 000–10 000 hmotností Slunce? I když to není potvrzeno, nedávný objev osvětleného hélia v raném vesmíru dává největší smysl, pokud ho osvětlují hvězdy s hmotností 1000krát větší než Slunce – pět až desetkrát víc, než je dnes možné.

První hvězdy (známé jako Populace III) byly vytvořeny výhradně z vodíku a helia spolu s trochou lithia, postrádaly všechny těžší prvky, které dnes existují a které jsou produkty předchozích hvězdných generací. Tyto těžší prvky, které astronomové nazývají kovy, obvykle tvoří velmi malou část výchozí hmoty hvězd, ale ukazuje se, že tyto malé nečistoty jsou velmi důležité.

Předpokládá se, že Velký třesk za sebou zanechal plynová mračna obsahující přibližně 1000 hmotností Slunce v bodech, kde vrcholila hala temné hmoty. Atomový vodík je velmi špatným zářičem tepla. Když se plynný mrak čistého vodíku zhroutí, zahřeje se, jak se jeho gravitační potenciální energie změní na teplo, nakonec dosáhne teplot a tlaků, kde začíná fúze, čímž vznikne hvězda. Ne všichni souhlasí, ale většina astrofyziků si myslí, že pokud je plyn špatným tepelným zářičem, může se celý mrak zkondenzovat do jediné hvězdy, alespoň někdy.

Když se v moderním vesmíru, jako například v oblastech tvorby hvězd, jako je mlhovina v Orionu, vyskytují takové plynové části, plyn je většinou vodík, ale obsahuje směs kovů, z nichž některé mnohem lépe vyzařují teplo. Tato extra radiace znamená, že části plynu se fragmentují dlouho předtím, než se z nich stanou hvězdy, což zabraňuje tomu, aby se produkty příliš zvětšily.

To neznamená, že všechny hvězdy Populace III byly obři. Jeden dokument navrhuje, aby minimum nebylo daleko nad 0,8 hmotnosti Slunce, a to díky plynu, který se někdy fragmentoval do menších kapes. To je mnohem větší než současná minimální velikost, kde jsou běžné hvězdy jako Proxima Centauri s hmotností 0,12 Slunce. Nicméně to znamená, že většina raných hvězd byla dobře v rozsahu, který známe.

I tak se zdá, že rčení „v té době existovali obři“, i když bylo pro prehistorii lidstva nepřesné, pro hvězdy platilo. Malá část raných hvězd byla skutečně obrovská. Vzhledem k tomu, že hvězdná svítivost roste u hvězd hlavní posloupnosti o více než krychli hmoty, můžeme očekávat, že hvězda 1000krát hmotnější než Slunce bude více než miliardkrát jasnější. Ve skutečnosti se tento vztah rozpadá u hvězd o hmotnosti více než 55krát větší než je Slunce.

V důsledku toho by hvězda o hmotnosti 1 000 slunečních hmotností přesvítila naše Slunce více než 3 milionkrát. To je stále více než dost na to, aby nepatrná menšina prvních hvězd měla mimořádný dopad na formování galaxií a mohla být viditelná za miliardy světelných let.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *