4. decembra 2020
Prvá hviezda

Kedy vznikla prvá hviezda?

Na počiatku bolo svetlo, malo to však háčik. Okrem svetla bolo totiž aj veľa hmoty, ktoré svetlu bránili v pohybe. Vesmír tesne po jeho vzniku, teda pred 13.8 miliardami rokov, bol hustý, horúci a nepriehľadný. Situácia sa zmenila až o niekoľko stoviek tisícov rokov, kedy hmota rozpínaním ochladla natoľko, že umožnila vznik neutrálnych atómov, ktoré už svetlu nebránili v pohybe.

Toto reliktové žiarenie sa vesmírom šíri dodnes, jeho vlnové dĺžky sú však pre ľudské oko neviditeľné. Po vychladnutí plynu sa tak z vesmíru stalo veľmi tmavá miesto. Otázka je, že dokedy? Kedy sa rozhoreli prvé hviezdy? Odpoveď na túto otázku skúmajú dva prístupy – na výsledku sa však zhodnú.

Prvý prístup je takýto. Z vlastností reliktového žiarenia vieme, aký nerovnomerný bol vesmír tesne po vzniku – bol prekvapivo uhladený. Nerovnosti v rozložení plynu a tmavej hmoty sa vplyvom gravitácie začali stláčať a tvoriť zárodky prvých štruktúr vo vesmíre. Na vznik hviezd treba, aby plyn najprv ochladol – to mu umožní spojiť sa – čo následne vytvorí podmienky pre jadrovú fúziu. Simulácie ukazujú, že na tento proces potrebovali hviezdy rádovo stovky miliónov rokov.

Druhý prístup je priamejší. Astrofyzici majú taký zvláštny zvyk, delia prvky na vodík, hélium a kovy. V ich slovníku kovy označujú všetky ťažšie prvky, napríklad aj kyslík. Vesmír tesne po Veľkom tresku obsahoval prevažne len vodík a hélium, teda nekovy. V jadrách hviezd prebieha fúzia, ktorá vytvára z vodíka a hélia, ehm, kovy. Keď hviezda dohorí a exploduje, kovy vyfrkne do okolia – kde sa môžu stať súčasťou ďalších hviezd. Množstvo kovov vo hviezde sa označuje metalicita hviezdy. Cool názov, nie?

Hviezdy vznikajú z plynu. Zdroj phys.org.

Hviezdy delíme na populácie. Populáciu I tvoria mladé hviezdy bohaté na kovy, populáciu II tvoria hviezdy chudobné na kovy. No a populáciu III tvoria masívne horúce hviezdy, ktoré neobsahovali prakticky žiadne kovy. Hviezdy tejto kategórie sú však len hypotetické. Pri hviezdach totiž platí, že čím je väčšia, tým skôr dohorí. Ide rádovo o milióny rokov, žiadna z nich by sa nezachovala dodnes. O ich existencii tak máme len nepriame dôkazy. Práve táto populácia hviezd však mala obrovský vplyv na formovanie galaxií, vysoké teploty a intenzívne žiarenie ionizovali okolitý plyn a výrazne ovplyvnili formovanie ďalších štruktúr. Hviezdy boli obrovské, stovky násobkov hmotnosti nášho Slnka. Svoj krátky život ukončili ako supernovy, mnohé z nich po sebe pravdepodobne zanechali čierne diery, ktoré sa stali zárodkom supermasívnych čiernych dier, ktoré sú v stredoch mnohých galaxií dodnes.

Hviezdy populácie III nevidno, no hviezdy populácie II už áno. Niektoré z nich sú tak staré, že museli vzniknúť veľmi rýchlo zo supernov populácie III. Aké najstaršie hviezdy poznáme? Za pozornosť stoja dve. Prvá z nich nesie názov SMSS J031300.36−670839.3, no neformálne sa označuje aj ako SM0313. Áno, skvelé meno. Jej vek odhadujeme pomerne presne na 13.6 miliardy rokov, vznikla teda menej ako 200 miliónov rokov po Veľkom tresku. Druhá sa volá HD 140283, no nesie pekné označenie Matuzalem. Jej vek sa odhaduje na 14.46 ± 0.8 miliardy rokov. Ak sa zabudne na chybu odhadu, znie to v rozpore s vekom vesmíru. Jej vek však musí byť tiež okolo 13.6 miliardy rokov, možno dokonca trochu viac. Zaujímavá je aj jeh vzdialenosť od Zeme, len niečo cez 200 svetelných rokov. Vďaka tomu bola známa už pred vyše storočím, ide o jednu z najbližších hviezd populácie II.

Kedy teda vznikla prvá hviezda vo vesmíre? Túto odpoveď sa nikdy nedozvieme presne. Simulácie aj pozorovania sa však zhodujú na tom, že prvé hviezdy vznikali rádovo sto miliónov rokov po Veľkom tresku. To znamená, že hviezdy existujú okolo 99% veku vesmíru!

[Samuel]

PS: Aké najstaršie galaxie vidíme? Svetlo z najvzdialenejšej, GN-z11, k nám letelo takmer 13.4 miliardy rokov. Musela byť plná horúcich modrých hviezd, kvôli rozpínanie vesmíru však svetlo z nich vidíme červené!

Pridaj komentár