De eerste sterren van het universum waren uiteindelijk toch geen eenzaat

Astronomen hebben lang geloofd dat het vroege universum een ​​eenzame plek was, bevolkt door enorme - maar eenzame - sterren verspreid over de kosmos. Maar een nieuwe studie suggereert dat deze massieve stellaire eenlingen meer uitzondering dan regel waren.

In het onderzoek heeft een team van astrofysici die supercomputers gebruiken de tijdlijn van vroege stervormingssimulaties verder dan ooit tevoren gestimuleerd. De wetenschappers ontdekten dat de meeste van de eerste protosterren - de voorlopers van de volwaardige sterren - waarschijnlijk niet geïsoleerd zoals eerder werd gedacht, maar in strakke systemen van meerdere sterren.

Sommige van deze primordiale systemen met meerdere sterren hebben mogelijk scheidingen gehad die zo klein zijn als die tussen de aarde en de zon, volgens de simulatie.

"Deze simulatie duwt onze decennialange zoektocht om de vorming van de eerste sterren een cruciale stap vooruit te begrijpen," zei onderzoeksco-onderzoeker Volker Bromm, een astronoom aan de Universiteit van Texas in Austin, in een verklaring. Met de studie in de hand, "weten we nu dat de eerste sterren meestal niet alleen stonden," voegde hij eraan toe.

De eerste sterren waren groepsgericht

Astronomen schatten dat het universum 13,7 miljard jaar geleden begon met de oerknal.

In die tijd was het universum in wezen een gladde plek, met slechts kleine, geïsoleerde groepen waterstof en helium. In de loop van de tijd tekende de zwaartekracht deze klompjes samen in wolken gas. De protosterren die in het midden van deze wolken vormden, hadden massa's van slechts een honderdste van de massa van onze zon, zeiden onderzoekers.

De zwaartekracht van de protoster verzamelde het resterende gas in een draaiende schijf. Jarenlang hebben simulaties geen verstoringen in deze stellaire schijven aangetoond.

Eerdere theorieën veronderstelden dat het gas in het midden van de schijf bleef vallen, waardoor uiteindelijk een enorme mega-ster ontstond, variërend van 30 tot 300 keer de massa van onze zon. Terwijl andere recente studies hebben gesuggereerd dat binaire systemen uit zulke schijven kunnen opstaan, werd gedacht dat dit zeldzaamheden waren, aldus onderzoekers.

Maar in de nieuwe studie, die werd geleid door astrofysicus Paul Clark aan de Universiteit van Heidelberg in Duitsland, breidden wetenschappers uit hoe lang de simulatie liep tot tienduizenden jaren.

Het onderzoek is gedetailleerd in de 3 februari editie van het tijdschrift Science.

Nieuwe kijk op het vroege universum

De meeste simulaties sloten niet lang nadat de initiële schijf was gevormd, vanwege de prohibitieve computerkosten. Clark en zijn collega's gebruikten KOLOB, de eerste supercomputer op basis van grafische verwerkingseenheden, evenals het Texas Advanced Computing Center om de simulaties veel langer uit te breiden.

Hun tests toonden aan dat de geïsoleerde stellaire schijven in feite waarschijnlijk fragmenteerden.

"Op een gegeven moment wordt de schijf zo zwaar, zo massaal dat het zwaartekracht onstabiel wordt," vertelde Bromm aan ProfoundSpace.org. Het begint dan in elkaar te klappen en andere protosterren te vormen, legde hij uit.

De simulatie suggereert ook dat als de omstandigheden precies goed zijn, sommige van de eerste sterren na verloop van tijd uit hun lokale sterrengroepen zouden kunnen zijn verwijderd. Als deze sterren nog niet voldoende geaccentueerd waren om tot massieve proporties op te zwellen, kunnen ze vandaag nog steeds zichtbaar zijn, aldus onderzoekers.

In de loop van de simulatie werden binnen het gas vier tot vijf protosterren gemaakt.

Hoewel het team niet kon voorspellen hoe de schijven evolueerden na de eerste fase (vanwege computationele beperkingen), merkte Bromm op dat de vorming van nieuwe sterren leek af te nemen.

"Er is een kans op fragmentatie," zei Bromm.

Omdat elke afzonderlijke protoster meer materiaal verzamelt, straalt het warmte uit, waardoor uiteindelijk de ionisatie van de wolk en het beëindigen van het fragmentatieproces.

De oorspronkelijke protoster is nog steeds het grootst, nog steeds ruim binnen het hoge massabereik zoals voorspeld door het vorige model. In plaats van geïsoleerd te zijn, wordt het echter vergezeld door een kleine groep metgezellen met een lage massa.

Waar ooit een dergelijke groep als uniek zou zijn beschouwd, zouden ze volgens de simulatie de "bijna universele uitkomst" moeten zijn, aldus onderzoekers.

Hoewel hun onderzoek een nieuwe kijk op het vroege universum opent, is het werk van het team verre van compleet. Ze zijn van plan verdere simulaties uit te voeren, in de hoop het uiteindelijke resultaat van de schijf te bepalen.

"De aanwas van de massa duurt honderdduizenden jaren," zei Bromm. "Onze simulatie eindigt op 10.000."