¿Cuál es la mejor evidencia/teoría sobre la primera generación de estrellas?

Le daré un golpe a esto, pero tenga en cuenta que probablemente no obtendrá respuestas definitivas porque está preguntando sobre dos áreas de investigación activas y difíciles (formación de estrellas pop III y reionización). Responderé las preguntas particulares, pero espero que comprenda el hecho de que aún no tenemos respuestas claras.

¿Durante qué rango de años después del Big Bang se formaron las estrellas?

El consenso está en algún lugar en el rango$20<z<50$, que corresponde a 50 Myr$<t<$200 millones La dispersión es bastante grande porque la formación de estrellas depende en gran medida de la densidad y la temperatura del gas. Debido a que el Big Bang produce algunas perturbaciones de gran densidad y otras pequeñas, formarán estrellas en diferentes momentos.

¿Cuál es el rango esperado de masas de estas estrellas...

Esto es muy, muy difícil de responder. Hasta hace aproximadamente un año, el consenso se estableció en una distribución de masas muy pesada, con muchas (¿si no la mayoría?) estrellas en un rango de 100-1000$M_\odot$(ver, por ejemplo, la revisión de 2004 de Bromm & Larson ). Esto se argumenta sobre la base de que la masa gravitacionalmente inestable más pequeña en un gas isotérmico homogéneo, la masa de Jeans , corre como$T^{3/2}$y el gas primordial no puede enfriar tanto como el gas contaminado con metales. La diferencia de temperatura es aproximadamente un factor de 30, por lo que las estrellas pop-III serían ingenuamente unas 100 veces más pesadas que las estrellas modernas, cuya distribución de masa parece alcanzar un máximo de alrededor de 0,5$M_\odot$.

Sin embargo, recientemente (como en los artículos de Science de las últimas semanas) se han informado simulaciones muy detalladas de formación estelar temprana en las que las estrellas detienen su propio crecimiento cuando comienzan a irradiar. El resultado son estrellas que son varias veces 10$M_\odot$. Todavía muy grande para los estándares modernos, pero no tanto como se pensaba anteriormente. Así que el jurado está fuera, en mi opinión.

... y ¿cuál es el tiempo de vida esperado antes de que sean supernovas?

Bueno, depende de qué tan grandes sean, pero en términos generales, las estrellas de alrededor de 40 masas solares duran alrededor de un millón de años o menos. No está claro cómo evolucionan porque es difícil calcular la velocidad a la que podrían perder masa de sus superficies.

Supongo que estas estrellas dieron como resultado la reionización del ISM (medio interestelar), entonces, ¿cuál es la evidencia y las estimaciones de la edad de la era de la reionización?

El papel de las estrellas del pop III en la reionización no está del todo claro. Esto está un poco fuera de mi propio trabajo, pero por mi propio conocimiento, creo que es bastante conocido que la ionización se completó alrededor del corrimiento al rojo.$z\approx6$, que es aproximadamente mil millones de años después del Big Bang. Recuerde que muchas estrellas pop III ya podrían haber nacido, evolucionado y muerto, produciendo suficientes metales para producir estrellas pop II en la próxima generación. Determinar cuánta radiación se ha derramado es teóricamente muy difícil.

Sin embargo, hasta donde yo sé, las observaciones de un$z=7.085$cuásar nos ha dado una idea de que el medio intergaláctico que lo rodea no fue re-ionizado. Entonces, es más probable que las estrellas después de pop III (¿y tal vez AGN/quasars?) tuvieran más que ver con la reionización porque ocurrió más tarde de lo que nacieron. Sin embargo, eso es solo una especulación salvaje de mi parte.