Știm că primele stele, cunoscute sub numele din populația III, s-au născut la 100 până la 200 de milioane de ani după Big Bang. În acest moment, cel al recombinării, Universul se răcise suficient pentru a permite formarea atomilor de hidrogen și heliu. Aceste stele masive și extrem de luminoase au marcat apoi începutul formării obiectelor cosmice complexe și au modelat astfel evoluția cosmosului. În ciuda dimensiunilor și potențialului lor gigantic, aceste stele timpurii nu au putut crește la infinit. Cercetări recente au arătat că mai multe mecanisme naturale le-au limitat creșterea. Printre acestea, câmpurile magnetice au jucat un rol cheie în încetinirea dimensiunii lor cu mult înainte de intervenția altor fenomene, cum ar fi feedback-ul radiativ.
Stelele din populația III au fost foarte diferite de stelele pe care le observăm astăzi. Formate în principal din hidrogen și heliu, aceste stele nu conțineau elementele grele pe care le asociem cu stelele moderne, cum ar fi carbonul sau oxigenul. Datorită compoziției și mediului, aceste prime stele erau enorme și ultra-luminoase. Aceste stele au jucat un rol cheie în istoria cosmică, fiind responsabile de crearea primelor elemente mai grele prin procese intense de fuziune nucleară, înainte de a-și încheia viața în explozii spectaculoase numite supernove primordiale. Aceste explozii nu numai că au îmbogățit Universul cu elemente chimice, dar au permis și formarea primelor galaxii și structuri cosmice. O întrebare rămâne: de ce acești giganți ai Universului timpuriu nu au devenit și mai masive, așa cum ar fi de așteptat într-un mediu cu gravitație ridicată și temperaturi scăzute? Răspunsul constă în mecanismele care au fost subestimate până acum: câmpurile magnetice.
În Universul modern, formarea stelelor urmează un proces bine documentat. Un nor de gaz, în principal hidrogen, se prăbușește sub gravitație pentru a forma un nucleu dens care se transformă treptat într-o protostea. În această fază, o cantitate mare de materie este atrasă către protostea, determinând-o să se încălzească și să strălucească. Acest fenomen este însoțit de formarea unui disc de acreție în jurul stelei în curs de dezvoltare. Pe măsură ce protostea crește, emite o cantitate semnificativă de energie sub formă de radiație. Această radiație, numită feedback radiativ, are ca efect împingerea înapoi a gazului din jur, reducând cantitatea de material disponibilă pentru a hrăni steaua și limitând astfel creșterea acesteia. În plus, stelele care se formează generează, de asemenea, câmpuri magnetice puternice care interacționează cu materia înconjurătoare, împiedicând și mai mult creșterea stelei. Jeturile produse de aceste câmpuri magnetice ejectează gaz, care disipează și mai mult energia necesară pentru acumularea materiei.
În cazul stelelor din prezent, aceste mecanisme sunt bine înțelese. Până de curând, se credea că aceste procese joacă doar un rol minor în formarea stelelor timpurii din populația III, deoarece se credea că aceste stele pot crește fără aceste limite impuse de feedback-ul radiativ.
Cercetările recente au răsturnat această viziune. Un studiu realizat la Observatorul din Leiden tocmai a făcut lumină asupra unui aspect neașteptat al formării stelelor primitive. El a fost prezentat într-o postare pe serverul de preprinturi arXiv. Folosind simulări numerice detaliate ale formării stelelor din Populația III, cercetătorii au descoperit că câmpurile magnetice sunt un factor mult mai important decât se credea anterior. Aceste câmpuri magnetice limitează creșterea stelelor populației III chiar înainte ca efectele de feedback radiativ să devină evidente.
Simulările au arătat că masa maximă a stelelor populației III a fost de fapt mult mai mică decât se prevedea anterior, aproximativ 65 de mase solare față de 120 de mase solare din modelele anterioare, care nu țineau cont de influența câmpurilor solare. Această descoperire înseamnă că, în ciuda potențialului lor enorm de creștere, stelele primitive au fost încetinite în dezvoltarea lor încă din primele etape ale formării lor de aceste câmpuri magnetice.
Cheia acestei descoperiri constă în interacțiunea complexă dintre gravitație și magnetism. Când se naște o stea, gravitația ei atrage din ce în ce mai multă materie, ceea ce îi crește masa. Cu toate acestea, câmpurile magnetice interferează cu acest proces împingând o parte din materie, împiedicând steaua să crească la infinit. Aceste câmpuri magnetice au un efect inhibitor asupra gazului și prafului din jurul stelei, reducând cantitatea de material care poate cădea în steaua în formare. Această dinamică are loc cu mult înainte ca feedback-ul radiativ, legat de emisia de lumină și energie de către steaua în formare, să intre în joc pentru a încetini creșterea acesteia. Cercetătorii au observat, de asemenea, că în simulările care au inclus câmpuri magnetice, creșterea stelelor populației III a fost mai lentă și a fost însoțită de formarea de clustere de stele. Această dinamică este foarte diferită de cea observată în simulările fără câmpuri magnetice în care steaua principală continuă să crească rapid până când atinge o masă mai mare.
Această descoperire marchează un punct de cotitură important în înțelegerea noastră a Universului timpuriu. Dacă stelele din populația III ar fi într-adevăr limitate la o masă de 65 de mase solare, acest lucru ar putea avea implicații majore pentru punctul nostru de vedere asupra modului în care carbonul și alte elemente chimice au fost create și distribuite în cosmos. De asemenea, poate explica de ce unele structuri cosmice, cum ar fi galaxiile timpurii, au evoluat în modul în care le observăm astăzi.
Rezultatele obținute deschid și calea către noi cercetări pentru a înțelege mai bine etapele incipiente ale formării stelelor și influența acestora asupra evoluției Universului. Astronomii vor trebui acum să ia în considerare acești noi factori pentru a-și rafina modelele cosmologice și a înțelege mai bine istoria materiei și a energiei.
