First Stars · Population III — KP Science simulation

compression

10%

core T

100 K

ควบคุม

compression 10%

DM halo 40%

compression = ระดับการอัดตัวของ gas (normalized 1–100%)
เพิ่ม → gas อัดแน่น → core ร้อนตามทฤษฎี virial (T ∝ ρ^⅓·M^⅔)
ถึง 100% → T core ≥ 10⁷ K → fusion จุดติด → first star เกิด

ลำดับเหตุการณ์

ข้อมูล Pop III

เวลาเกิด: z ≈ 20–30 (~200 Myr)
มวล: 100–300 M☉ (เทียบ Sun = 1)
อายุ: 2–3 Myr (สั้นมาก)
จุดจบ: Pair-instability supernova
องค์ประกอบ: H + He เท่านั้น (no metal)

📐 First Stars · Population III

เวลาเกิด

~200 ล้านปีหลัง Big Bang (z ≈ 20–30)

ก่อนหน้านี้ universe เป็น "Dark Ages" (no light source) · DM halo เริ่มก่อตัวก่อน · gas H + He ตกลงในห้อง gravitational well · ค่อย ๆ หล่อย้นจนถึง Jeans instability → collapse → first stars ignite

z_first ≈ 20–30 | t ≈ 100–250 Myr | T_CMB ที่ตอนนั้น ≈ 60 K

Jeans Mass & Collapse

M_J ∝ T^(3/2) / √ρ — ถ้ามวลเกิน Jeans mass → collapse

Pop III gas เย็นได้น้อยมาก (no metals → no efficient cooling lines) · เย็นได้แค่ผ่าน H₂ molecule cooling ลงไปประมาณ 200 K · จึงต้องมวลใหญ่ก่อน collapse → ดาว Pop III มี มวลใหญ่มาก (100–300 M☉)

M_J ≈ 1000 M☉ ที่ T=200K, ρ=10⁴/cm³ | Pop III stars: 100–300 M☉ ทั่วไป

ทำไมไม่มี metal?

ก่อน Pop III · มีแค่ H + He + Li (จาก BBN)

Big Bang Nucleosynthesis สร้างได้แค่ H, He, Li (เล็กน้อย) · ไม่มี C, N, O, Fe, ... · ดาว Pop III เป็น ดาวรุ่นแรก ที่หลอมธาตุหนัก · เมื่อระเบิด supernova → ปล่อย metals ออกมาให้ดาวรุ่นหลัง (Pop II, Pop I)

BBN: H ~75%, He ~25%, Li ~10⁻⁹ (โดยมวล) | ไม่มี element หนักกว่า Li

จุดจบ — Pair-Instability Supernova

ดาวมวล 140–260 M☉ ระเบิดแบบสมบูรณ์ ไม่เหลือ remnant

core ที่ T สูงมากผลิต e⁺e⁻ pairs จาก photon → ลด pressure → core collapse → fusion runaway → ระเบิดทั้งดาว · ปล่อย metals (Z = 6–30) ทั้งหมดออกมา → seed สำหรับ Pop II

หลักฐาน — JWST 2023

JWST เห็นกาแล็กซียุคแรก (z ~13) ที่อาจมี Pop III

ก่อนหน้า JWST · เรายังไม่เคยเห็น Pop III โดยตรง · ปลายปี 2023 · JWST รายงาน candidate Pop III ใน galaxy GN-z11 และอื่น ๆ · ใน metal-poor stars เก่า ๆ ในกาแล็กซีเรา (ดาว HE 1327-2326, [Fe/H] = -5.6) · พบ chemical signature ที่อาจเป็นมาจาก Pop III supernova