Sternentstehung im frühen Universum

Überblick

Das frühe Universum Die ersten Sterne Auswirkungen auf das Universum Beobachtungen

Das frühe Universum

Rekombinationsära T = 3000 K z ≈ 1100

Das frühe Universum

Galaxien und Quasare können erst bei einem z = 6.5 beobachtet werden.

Was passiert zwischen z = 6.5 und z = 1100?

Das frühe Universum

Dark Age Hauptsächlich atomarer Wasserstoff

und Helium nach Rekombinationsära Universum

weitestgehend homogen Fluktuationen im Bereich von ~ 10-5

Das frühe Universum

Die Fluktuationen wachsen mit dem expandierenden Universum zu Instabilitäten

0

2

122

22 3

2 kR

kRjkPk

dkRM

21

cossin

x

xxxxj

Das frühe Universum

kollabierende dunkle Materie Halos

2202

2

r

GMrH

dt

rd

kpchz

Mh

Mr c

zm

mvir

113

1

2

3

1

18 10

1

1810784.0

2

1

virc r

GMV

B

Cpvir k

VmT

2

2

virB r

GME

2

2

1

Das frühe Universum

Tvir Vvir M

1 – σ 2.0x103 K 7.5 km s-1 1.8x107 M☼

2 – σ 2.8x105 K 88 km s-1 3.0x1010 M☼

3 – σ 2.3x106 K 250 km s-1 7.0x1011 M☼

Tvir Vvir M

1 – σ 6.2 K 0.41 km s-1 1.3x103 M☼

2 – σ 7.9x103 K 15 km s-1 5.7x107 M☼

3 – σ 1.5x105 K 65 km s-1 4.8x109 M☼

z = 5

z = 10

Das frühe Universum

Jeans Masse

Mzhh

M bmJ

2

35

322

12

3

10

1

022.015.01073.5

z 5 10 100

MJ 2.7x103 M☼ 6.7x103 M☼ 1.9x106 M☼

sMpc

kmhH 1000

Das frühe Universum

z « 100:

H + e- → H- + hνH- + H → H2 + e-

T ≥ 104 K

atomares Wasserstoff kühlen

T V σ für z = 5 M für z = 5 σ für z = 10 M für z = 10

≥ 104 K ≥ 17 km s-

1

1.2 2.1x108 M☼ 2.1 8.3x107 M☼

~ 300 K ~ 2 km s-1 0.76 3.5x105 M☼ 1.3 1.4x105 M☼

Das frühe Universum

fast homogene Materieverteilung verschiedene Kühlungen dunkle Materie Halos die kollabieren Kernregion in der Dichte und

Temperatur steigen zünden der Proton-Proton-Reaktion

Geburt eines Sterns

Die ersten Sterne

Adaptive Mesh Refinement Simulation von Abel (2000)

Die ersten Sterne

T. Abel, Grey L. Bryan, Michael L. Norman (2001)

Die ersten Sterne

metallfreie Sterne (Population III) anfangs nur Energieerzeugung durch PP-

Zyklus TC ≈ 108.1 K emittieren 1047-1048 H und He ionisierende

Photonen pro Sekunde und Sonnenmasse

Die ersten Sterne

Auswirkungen auf das Universum

Reionisation des Universums

z = 10: durchgezogene Linie

z = 15: gestrichelte Linie

Auswirkungen auf das Universum

Auswirkungen auf das Universum

z = 7.7 z = 6.7

Auswirkungen auf das Universum

Beobachtungen

Massenreiche Sterne sehr kurzlebig

Supernovae, Akkretion auf ein Schwarzes Loch…

21010

M

Mt

Beobachtungen

Beobachtungen

Quellen

In the Beginning: The First Sources of Light and the Reionization of the Universe, R. Barkana, A. Loeb, arxiv:astro-ph/0010468 v3 11 May 2001

The Formation of the First Star in the Universe, T Abel, G. L. Bryan, M. L. Norman, SCIENCE vol 295

The Dark Age of the Universe, J. M. Miralda-Escude, SCIENCE vol 300

http://www.mpe.mpg.de/~amueller The First Stars in the Universe and Cosmic

Reionization, R. Barkana, SCIENECE vol 313 the end of the reionization epoch by Lyα

emitters at z = 6.5 in the subaru deep field (2006)