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    Les simulations sur superordinateur décodent le puzzle de masse des premières étoiles
    Les étoiles Massive Pop III atteignent la fin de leur cycle de vie grâce à des explosions de supernova, libérant un torrent d'énergie et éjectant les premiers éléments lourds dans l'espace environnant. Ce processus enrichit chimiquement le gaz autrefois primordial, modifiant fondamentalement les conditions de formation ultérieure d’étoiles dans l’univers primitif. Crédit :ASIAA/Ke-Jung Chen

    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 laboratoire national de Berkeley.



    Cette nouvelle recherche est rapportée dans le dernier numéro des Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. .

    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 d'abondance 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.

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      L'image représente la structure cosmologique au cours de la période de formation des premières étoiles, environ 200 millions d'années après le Big Bang. Les structures grises illustrent la répartition de la matière noire lorsque les premières étoiles se forment au sein de certains halos de matière noire. Les taches colorées représentent des étoiles de masses diverses, offrant une représentation visuelle des processus complexes qui façonnent l’univers primitif. Crédit :ASIAA/ Ke-Jung Chen
    • Lors de la formation de la structure cosmique, le gaz primordial s'écoule dans les puits gravitationnels créés par les halos de matière noire. Lorsque le gaz entrant converge vers le centre du halo, il initie un puissant mouvement turbulent. Cette turbulence intense agit pour remuer le nuage, donnant naissance à des structures agglomérées distinctes, comme illustré ci-dessus. En fin de compte, les noyaux denses de ces amas subissent un effondrement gravitationnel, marquant la formation des premières étoiles. Crédit :ASIAA/Ching-Yao Tang

    Cependant, des simulations cosmologiques précédentes proposaient pour les premières étoiles une fonction de 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 au monde de nuages ​​turbulents formant des étoiles pour 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. Il réussit 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 le journal : Avis mensuels de la Royal Astronomical Society

    Fourni par ASIAA




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