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Nehmen Sie eine Wolke molekularen Wasserstoffs, fügen Sie Turbulenzen hinzu und Sie erhalten Sternentstehung - das ist das Gesetz. Die Effizienz der Sternentstehung (wie groß und wie bevölkerungsreich sie werden) hängt weitgehend von der Dichte der ursprünglichen Wolke ab.
Auf galaktischer oder Sternhaufenebene liefert eine niedrige Gasdichte eine spärliche Population von im Allgemeinen kleinen, schwachen Sternen - während eine hohe Gasdichte zu einer dichten Population von großen, hellen Sternen führen sollte. Über all dem liegt jedoch das Hauptproblem der Metallizität, die die Effizienz der Sternentstehung verringert.
Erstens die starke Beziehung zwischen der Dichte von molekularem Wasserstoff (H.2) und die Effizienz der Sternentstehung ist als Kennicutt-Schmidt-Gesetz bekannt. Atomwasserstoff kann die Sternentstehung nicht unterstützen, da er zu heiß ist. Nur wenn es abkühlt, um molekularen Wasserstoff zu bilden, kann es anfangen, sich zu verklumpen - danach können wir erwarten, dass Sternentstehung möglich wird. Dies schafft natürlich ein Rätsel darüber, wie sich die ersten Sterne in einem dichteren und heißeren Uruniversum gebildet haben könnten. Vielleicht spielte dort dunkle Materie eine Schlüsselrolle.
Im modernen Universum kann sich ungebundenes Gas jedoch aufgrund des Vorhandenseins von Metallen, die dem interstellaren Medium durch frühere Populationen von Sternen hinzugefügt wurden, leichter zu molekularem Wasserstoff abkühlen. Metalle, bei denen es sich um Elemente handelt, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, können einen größeren Bereich von Strahlungsenergien absorbieren, wodurch Wasserstoff weniger der Erwärmung ausgesetzt wird. Daher bildet eine metallreiche Gaswolke eher molekularen Wasserstoff, der dann eher die Sternentstehung unterstützt.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Sternentstehung im modernen Universum effizienter ist - und dies wiederum liegt an Metallen. Eine kürzlich erschienene Arbeit über die Abhängigkeit der Sternentstehung von der Metallizität schlägt vor, dass sich aus H ein Sternhaufen entwickelt2 Klumpen in einer Gaswolke, die zuerst Prestellarkerne bilden, die über die Schwerkraft mehr Materie ansaugen, bis sie zu Sternen werden und dann Sternwind erzeugen.
Es dauert nicht lange, bis der Sternwind „Rückkopplungen“ erzeugt, die dem Eindringen von weiterem Material entgegenwirken. Sobald der nach außen gerichtete Druck des Sternwinds die Einheit mit der nach innen gerichteten Gravitationskraft erreicht, hört das weitere Sternwachstum auf - und größere Sterne der Klassen O und B entfernen alle verbleibenden Gase aus der Clusterregion, so dass die gesamte Sternentstehung gelöscht wird.
Die Abhängigkeit der Effizienz der Sternentstehung von der Metallizität ergibt sich aus der Auswirkung der Metallizität auf den Sternwind. Hohe Metallsterne haben immer stärkere Winde als jede äquivalente Masse, aber niedrigere Metallsterne. Ein Sternhaufen - oder sogar eine Galaxie -, der aus einer Gaswolke mit hoher Metallizität gebildet wird, weist daher eine Sternentstehung mit geringerer Effizienz auf. Dies liegt daran, dass das Wachstum aller Sterne in späten Wachstumsstadien durch ihre eigene Sternwindrückkopplung gehemmt wird und alle großen Sterne der O- oder B-Klasse verbleibendes ungebundenes Gas schneller als ihre niedrigen Metalläquivalente entfernen.
Dieser Metallizitätseffekt ist wahrscheinlich das Produkt der "Strahlungslinienbeschleunigung", die sich aus der Fähigkeit von Metallen ergibt, Strahlung über einen weiten Bereich von Strahlungsenergieniveaus zu absorbieren - das heißt, Metalle weisen viel mehr Strahlungsabsorptionslinien auf als Wasserstoff allein . Die Absorption von Strahlung durch ein Ion bedeutet, dass ein Teil der Impulsenergie eines Photons auf das Ion übertragen wird, so dass solche Ionen als Sternwind aus dem Stern herausgeblasen werden können. Die Fähigkeit von Metallen, mehr Strahlungsenergie zu absorbieren als Wasserstoff, bedeutet, dass Sie immer mehr Wind (d. H. Mehr Ionen, die ausgeblasen werden) von hohen Metallsternen erhalten sollten.
Weiterführende Literatur:
Dib et al. Die Abhängigkeit der galaktischen Sternentstehungsgesetze von der Metallizität.
