A modern kozmológia egyik fontos kérdése, hogy hogyan ért véget a kozmikus sötét korszak, a csillagmentes, homogén Univerzum. Numerikus szimulációk alapján elég biztosnak látszik, hogy az első csillaggeneráció (ezek lennének a III. populációs csillagok) igen nagy tömegű (M > 100 M¤) csillagokból állt, melyek fémmentes gázfelhőkben keletkeztek z >= 20 vöröseltolódás környékén. Mivel ezek a csillagok jelentették az első lépést az egyre bonyolultabb felépítésű Univerzum felé, érdekes kérdés, hogy hogyan haltak meg a legelső csillagok, hogyan dúsították fel környezetüket a belsejükben termelt nehéz elemekkel. Ezzel kapcsolatban végeztek szimulációkat V. Bromm és munkatársai (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics).
Korábbi számítások szerint a pontos válasz erősen függ a III. populációs csillagok tömegétől: 140 és 260 M¤ között a szupernóva-robbanás szétveti a teljes csillagot, maradvány nem várható; ezzel szemben mind kisebb, mind nagyobb tömegekre fekete lyukak keletkezését jósolták a modellek. Előbbi esetben a szupernóva teljes fémmennyisége beszennyezi a csillagközi gázt, utóbbi esetben viszont jóval kisebb hatékonyságú a kémiai feldúsítás.
Bromm és társai azt modellezték, hogy mi történik egy z ~ 20 vöröseltolódású, 106 naptömegű gázfelhőben (minihalo) felrobbanó szupernóvával a robbanás összenergiájának függvényében. Szimulációjukban végigkövették a gázfelhő fejlődését z = 100 és 20 között, hogyan csomósodtak ki az első csillagok, majd hogyan robbantak fel szupernóvákként. Számításaikban a 150 és 250 M¤ tömegű csillagokra koncentráltak, melyek fekete lyuk keletkezése nélkül robbannak szét. A robbanás után hidrodinamikai módszerekkel végigkövették a kirepülő anyag szétoszlását.
Eredményeik szerint a kisebb tömegű csillagok kisebb energiájú robbanása viszonylag érintetlenül hagyja a minihalót, ugyanakkor a vizsgált legnagyobb energiájú robbanások nem csak a csillagot vetették szét, hanem magát a minihalót is. Emellett néhány millió év alatt a szupernóva fémtartalmának 90%-a szétoszlott egy kb. 1 kpc átmérőjű tartományba. Fontos következtetésük, hogy ezek alapján az Univerzum anyaga z ~ 15 környékére már elérhette a II. populációs csillagok kialakulásához szükséges fémességet, ami magyarázatot adhat a z ~ 6-nál észlelt kvazárok meglepően erős vastartalmára.
Forrás: Bromm, V. és mtsai, 2003, ApJ
