АНКа Дня: Выпуск N48

---

17.11.2003. Минигало и образование первых звезд

из работы Ф. Бромма
(Volker Bromm)
astro-ph/0311292

После того как произошла рекомбинация - "излучение отделилось от вещества" - наступили "мрачные времена". Примерно от z=1000 до z=30 Вселенная была хоть и не пуста, но безвидна. Потом зажглись первые звезды ...

Согласно современным расчетам (подчеркнем, не наблюдениям, а расчетам) звезды возникли на z=20-30 (это несколько сот миллионов лет после начала расширения). Только потом появились первые квазары на z=10.

Как известно, во Вселенной больше небарионного темного вещества, чем барионов. Поэтому во многом появление структуры по Вселенной - это эволюция темной материи. Считается, что первые звезды возникают в минигало темной материи массой около 10⁶ масс Солнца. Такие объекты возникают уже на z=40. Каждое такое минигало содержит около 10^4.5-10⁵ масс Солнца газа. В основном, конечно, это водород. Именно из него будут образовываться первые звезды. Размеры облаков газа порядка размера минигало - 100 пк. Это очень похоже на современные гигантские облака.

из работы Йошида и др. (Yoshida et al. 2003) astro-ph/0301645. Расчеты проводились для ΛCDM модели. Картинка соответствует z=17. Размер 50 кпк. Звезды образуются на пересечении волокон (яркие точки, видны на большом варианте рисунка).

Процесс звездообразования очень сложен (для ознакомления можно порекомендовать последнее издание книжки В.Г. Сурдина). К счастью, расчеты появления самых первых звезд имеют ряд упрощающих моментов: нет "металлов" (элементов тяжелее гелия), нет пыли, нет сильных магнитных полей (при образовании звезд в современную эпоху важно учитывать их роль). Несколько групп проводят расчеты образования первых звезд.

Для звездообразования важно охладить газ. Вириальная температура минигало меньше 10⁴ К, поэтому атомарный водород будет плохо выполнять роль охладителя. Зато есть молекулярный водород. Можно рассчитать в каких гало молекулярный водород сможет охладить газ в достаточной мере для того, чтобы стали образовываться звезды.

На рисунке (Бромм приводит его со ссылкой на Йошиду и др.) показаны результаты расчетов, которые позволяют определить параметры гало, в которых смогут появится звезды. По горизонтальной оси отложена вириальная температура, по вертикальной - массовая доля молекулярного водорода. (Вириальная температура определяется из соотношения между суммарной кинетической энергией частиц гало и его гравитационной энергией.) Минигало располагаются вдоль линии T^1.52 (это результат расчета образовния молекулярного водорода в минигало). Сами минигало показаны точками. Светлые точки соответствуют тем, в которых охлаждение не эффективно. Критическая линия соответствует равенству времени охлаждения и времени динамической эволюции минигало (время свободного падения). Именно эта линия и разделяет те гало, которые останутся темными, и те, в которых загорятся звезды.

В каждом гало формируется очень небольшое число звезд. Некоторые группы даже получают всего одну звезды в каждом минигало. Зато первые зведы массивны - более 100 масс Солнца (основная причина этого в химическом составе газа, но эта проблема выходит за пределы данного сообщения).

В ближайшие годы несколько космических обсерваторий смогут "пролить свет на первый свет", а пока - вот такие расчеты ...