Ching-Yao Tang et le Dr Ke-Jung Chen de l'Institut d'astronomie et d'astrophysique de l'Academia Sinica (ASIAA) ont réalisé des progrès substantiels dans le décodage de la masse de naissance des premières étoiles à l'aide du puissant superordinateur du Berkeley National Lab.
Au cours des premiers stades de l’univers, seuls l’hydrogène et l’hélium existaient après le Big Bang, et les éléments essentiels au maintien de la vie, comme le carbone et l’oxygène, n’avaient pas encore émergé. Environ 200 millions d'années plus tard, les premières étoiles, connues sous le nom d'étoiles de population III (Pop III), ont commencé à se former.
Ces étoiles ont initié la production d’éléments plus lourds grâce à la combustion nucléaire de leur cœur. Alors que ces étoiles atteignaient la fin de leur cycle de vie, certaines sont devenues des supernovae, créant de puissantes explosions qui ont dispersé les éléments nouvellement synthétisés dans l' univers primitif, devenant ainsi le fondement de la vie.
Le type de supernova qui se produit dépend de la masse de la première étoile à sa disparition, ce qui entraîne différents modèles chimique. Les observations d'étoiles extrêmement pauvres en métaux (EMP), formées après les premières étoiles et leurs supernovae, ont été cruciales pour estimer la masse typique des premières étoiles. D'un point de vue observationnel, l'abondance élémentaire des étoiles EMP suggère que les premières étoiles avaient des masses allant de 12 à 60 masses solaires.
Cependant, des simulations cosmologiques précédentes proposaient pour les premières étoiles une masse très lourde et largement distribuée, allant de 50 à 1 000 masses solaires. Cet écart de masse important entre les simulations et les observations laisse les astrophysiciens perplexes depuis plus d’une décennie.
Ching-Yao Tang et Ke-Jung Chen ont utilisé le puissant superordinateur du Berkeley National Lab pour créer les premières simulations hydrodynamiques 3D haute résolution du monde de nuages agités de fortes turbulences formant les premières étoiles. Leurs résultats indiquent que la turbulence supersonique fragmente efficacement les nuages de formation d'étoiles en plusieurs amas, chacun avec des noyaux denses allant de 22 à 175 masses solaires, destinés à former les premières étoiles de masses d'environ 8 à 58 masses solaires qui concordent bien avec l'observation.
De plus, si la turbulence est faible ou non résolue dans les simulations, les chercheurs peuvent reproduire des résultats similaires issus de simulations précédentes. Ce résultat met d'abord en évidence l'importance de la turbulence dans la formation des premières étoiles et offre une voie prometteuse pour diminuer l'échelle de masse théorique des premières étoiles, parvenant à concilier l’écart de masse entre les simulations et les observations, fournissant ainsi une base théorique solide pour la formation de la première étoile.
Plus d'informations : Ching-Yao Tang et al, Structures agglomérées au sein du nuage primordial turbulent, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). DOI : 10.1093/mnras/stae764
Informations sur la revue : Avis mensuels de la Royal Astronomical Society
Fourni par ASIAA
