Каковы наилучшие доказательства/теории о первом поколении звезд?

Я попробую это, но имейте в виду, что вы, вероятно, не получите окончательных ответов, потому что вы спрашиваете о двух активных и сложных областях исследований (образование поп-звезды III и реионизация). Я отвечу на конкретные вопросы, но я надеюсь, вы понимаете, что у нас пока нет четких ответов.

В течение какого периода после Большого взрыва образовались звезды?

Консенсус находится где-то в диапазоне$20<z<50$, что соответствует 50 млн лет$<t<$200 млн. лет. Разброс довольно велик, потому что звездообразование в значительной степени зависит от плотности и температуры газа. Поскольку Большой Взрыв производит несколько больших возмущений плотности и несколько небольших, они будут формировать звезды в разное время.

Каков ожидаемый диапазон масс этих звезд...

На это действительно очень сложно ответить. Примерно год назад был достигнут консенсус в отношении очень тяжелого распределения массы, когда многие (если не большинство?) звезд находятся в диапазоне 100–1000$M_\odot$(см., например, обзор Bromm & Larson за 2004 г. ). Это аргументируется тем, что наименьшая гравитационно неустойчивая масса в однородном изотермическом газе, масса Джинса , работает как$T^{3/2}$и первичный газ не может охлаждаться так сильно, как газ, загрязненный металлами. Разница в температуре примерно в 30 раз, поэтому звезды поп-III наивно должны быть примерно в 100 раз тяжелее современных звезд, чье распределение массы, по-видимому, достигает максимума около 0,5.$M_\odot$.

Однако недавно (как и в статьях в журнале Science за последние несколько недель) сообщалось об очень подробном моделировании раннего звездообразования, когда звезды прекращают свой собственный рост, когда начинают излучать. В результате получаются звезды, которые в несколько раз больше 10$M_\odot$. Все еще очень большой по современным меркам, но не такой большой, как считалось ранее. Так что жюри отсутствует, ИМО.

... и какова ожидаемая продолжительность жизни до появления сверхновой?

Ну, это зависит от того, насколько они велики, но в целом звезды с массой около 40 солнечных существуют около миллиона лет или меньше. Как они развиваются, неясно, потому что трудно вычислить скорость, с которой они могут терять массу своей поверхности.

Я предполагаю, что эти звезды произошли в результате реионизации ISM (межзвездной среды), так каковы доказательства и оценки возраста эпохи реионизации?

Роль поп-звезд III в реионизации совсем не ясна. Это немного выходит за рамки моей собственной работы, но, исходя из моих собственных знаний, я думаю, что хорошо известно, что ионизация завершилась примерно на красном смещении.$z\approx6$, то есть примерно через миллиард лет после Большого взрыва. Помните, что многие поп-звезды III могли уже родиться, развиться и умереть, производя достаточное количество металлов, чтобы произвести поп-звезды II в следующем поколении. Вычислить, сколько радиации было излито, теоретически очень сложно.

Однако, насколько мне известно, наблюдения за$z=7.085$Квазар дал нам некоторое представление о том, что межгалактическая среда вокруг него не подвергалась повторной ионизации. Так что более вероятно, что звезды после появления III (и, может быть, АЯГ/квазары?) больше связаны с повторной ионизацией, потому что это произошло намного позже, чем они родились. Хотя это всего лишь дикие домыслы с моей стороны.