(Північно-західний університет/UT Austin) Народження зірки - дивна і велична річ.
Це також важливо, оскільки відбувається протягом мільйонів років у щільних холодних хмарах молекулярного газу та пилу, де разом утворюються скупчення зірок. Це не процес, який ми, ймовірно, коли-небудь зможемо спостерігати від початку до кінця, але абсолютно вражаюча симуляція наближає нас ближче, ніж будь-коли.
Називається STARFORGE ( Зореутворення в газових середовищах ), і використовуючи його, астрономи вперше змогли змоделювати цілу молекулярну хмару зірок, що формуються, область, відому як зоряні ясла, і все це у чудовій тривимірній високій роздільній здатності.
Це допоможе астрономам більш детально вивчити утворення зірок, порівнюючи їх із справжніми протозірками (зірками, які ще не повністю виросли) на різних стадіях утворення, щоб допомогти зрозуміти процеси, що відбуваються.
«Як утворюються зірки — центральне питання астрофізики», сказав астрофізик Клод-Андре Фоше-Жігер Північно-Західного університету.
«Це було дуже складним питанням для вивчення через низку задіяних фізичних процесів. Ця нова симуляція допоможе нам безпосередньо відповісти на фундаментальні запитання, на які ми не могли дати остаточної відповіді раніше».
Ми думаємо, що ми впораємося з широкими мазками формування зірок. По-перше, ви починаєте зі згустку молекулярного газу, який зазвичай знаходиться в хмарі речовини. При достатній щільності згусток руйнується під дією власної гравітації, утворюючи протозірку, яка починає обертатися.
Це обертання змушує матеріал у хмарі навколо нього утворювати диск, який обертається у зростаючу зірку, як вода в каналізацію, невблаганно втягнута її посиленням гравітації.
Коли зірка набере достатню масу, в ядрі буде достатньо тепла і тиску для спалаху ядерний синтез , де атоми водню зливаються з утворенням гелію. Залишки матеріалу на диску утворюють планети, астероїди та все інше сміття.
Однак все це відбувається в щільній хмарі, а це означає, що нам важко це оцінити. І оскільки це відбувається протягом мільйонів років, будь-яка окрема протозірка, яку ми спостерігаємо, є лише одним знімком набагато довшої, більшої та дуже складної події.
Щоб побудувати STARFORGE, групі астрономів під керівництвом Майкла Грудіча з Північно-Західного університету довелося врахувати численні фізичні явища, включно з температурою, силою тяжіння, магнітними полями, газовою динамікою, а також потужними зоряними вітрами та плазмовими струменями, які випромінюють дитячі зірки, відомі як зірковий відгук .
Вони провели своє моделювання на одному з найпотужніших у світі суперкомп’ютерах Техаського університету Кордон , протягом майже 100 днів. Результат, який ми побачили в одному відео, є неймовірною красою – ціла зіркова кімната та формування зірок усередині від початку до кінця.
«Люди симулюють утворення зірок уже пару десятиліть, але STARFORGE — це квантовий стрибок у технології», – сказав Грудич .
«Інші моделі змогли змоделювати лише крихітну ділянку хмари, де утворюються зірки, а не всю хмару у високій роздільній здатності. Не бачачи загальної картини, ми пропускаємо багато факторів, які можуть вплинути на результат зірки».
Змодельована хмара на відео, величезний об’єкт, у 20 000 разів масивніший за Сонце, просто бовтається в космосі. З часом газ розштовхується такими силами, як міжзоряний вітер і ударні хвилі , які створюють області більшої щільності, які можуть гравітаційно колапсувати в протозірки. Друге відео імітує хмару масою 200 000 сонячних мас.
Коли зірка формується та росте, вона починає створювати потужний зоряний вітер. Крім того, матеріал, що падає на зірку, починає взаємодіяти з магнітними полями зірки; частина його висмоктується, течучи вздовж ліній магнітного поля до полюсів, звідки викидається в космос у вигляді потужних плазмових струменів.
Обидві ці форми зворотного зв’язку відштовхують навколишній газ, який перекриває потік матеріалу, не даючи зірці рости далі.
Останні дослідження , заснований на даних спостережень, припустив, що зоряний зворотний зв’язок може не відігравати такої великої ролі у визначенні маси зірки, як ми думали.
Але дослідження команди показав протилежне . Коли вони запустили симуляцію без реактивних струменів, вони отримали набагато, набагато більші зірки. З урахуванням струменів зірки виявилися нормальніших розмірів.
'Струмені перешкоджають надходженню газу до зірки', – пояснив Грудич .
«Вони, по суті, видувають газ, який міг би потрапити в зірку, і збільшити її масу. Люди підозрювали, що це може статися, але, змоделювавши всю систему, ми маємо чітке розуміння того, як вона працює».
Це також прекрасно демонструє потенціал STARFORGE. Починаючи зі сценарію, максимально наближеного до реального Всесвіту, астрономи можуть досліджувати багато різних фізичних процесів, що діють у зоряних яслах.
Увімкнення та вимкнення цих процесів може допомогти визначити, які з них відіграють важливу роль, і може допомогти відповісти на ключові запитання про Всесвіт.
Дослідження опубліковано в Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства .