(Северозападен университет/UT Austin) Раждането на звезда е диво и великолепно нещо.
Също така е важен, протичащ в продължение на милиони години, в плътни, студени облаци от молекулярен газ и прах, където звездни купове се образуват заедно. Това не е процес, който вероятно някога ще можем да наблюдаваме от началото до края – но една абсолютно грандиозна симулация ни доближава повече, отколкото някога сме били.
Казва се STARFORGE ( Звездообразуване в газови среди ), и използвайки го, астрономите са успели да симулират за първи път цял молекулярен облак от формиращи се звезди, регион, известен като звезден разсадник, всичко това във великолепна триизмерна висока резолюция.
Това ще може да помогне на астрономите да изучават звездообразуването по-подробно, сравнявайки го с реални протозвезди (звезди, които все още не са напълно пораснали) на различни етапи на формиране, за да им помогне да разберат протичащите процеси.
„Как се формират звездите е до голяма степен централен въпрос в астрофизиката“, каза астрофизикът Клод-Андре Фоше-Гигер от Северозападния университет.
„Беше много предизвикателен въпрос за изследване поради набора от физически процеси, които участват. Тази нова симулация ще ни помогне директно да адресираме фундаментални въпроси, на които не можахме да отговорим окончателно преди.
Смятаме, че се справяме с широките щрихи на формирането на звезди. Първо, започвате с бучка молекулярен газ, обикновено намираща се в облак от нещо. При достатъчна плътност, бучката се свива под собствената си гравитация, за да образува протозвезда, която започва да се върти.
Това въртене кара материала в облака около него да образува диск, който се навива в растящата звезда като вода в канализацията, неумолимо привлечен от засилващото се гравитационно привличане.
Когато звездата набере достатъчно маса, в ядрото ще има достатъчно топлина и налягане, за да се запали ядрен синтез , където водородните атоми се сливат, за да образуват хелий. Остатъчният материал в диска образува планети и астероиди и всички тези боклуци.
Всичко това обаче се случва в гъст облак, което означава, че ни е трудно да го разгледаме. И тъй като това се случва в продължение на милиони години, всяка отделна протозвезда, която наблюдаваме, е само една моментна снимка на много по-дълго, по-голямо и много сложно събитие.
За да изгради STARFORGE, екип от астрономи, ръководен от Майкъл Грудич от Северозападния университет, трябваше да вземе под внимание множество физически явления, включително температури, гравитация, магнитни полета, газова динамика и мощните звездни ветрове и плазмени струи, които излъчват от малки звезди, известни като звездна обратна връзка .
Те проведоха своите симулации на един от най-мощните суперкомпютри в света, този на Тексаския университет Граница , за близо 100 дни. Резултатът, който се вижда в едно видео, е наистина красив - цяла звездна детска градина и формирането на звездите вътре от началото до края.
„Хората симулират формирането на звезди от няколко десетилетия, но STARFORGE е квантов скок в технологиите,“ каза Грудич .
„Други модели са успели да симулират само малка част от облака, където се образуват звезди – не целия облак във висока резолюция. Без да виждаме голямата картина, пропускаме много фактори, които биха могли да повлияят на изхода на звездата.
Симулираният облак във видеото, огромен обект 20 000 пъти по-масивен от Слънцето, започва просто да виси в космоса. С течение на времето газът се избутва от сили като междузвездни ветрове и ударни вълни , които създават области с по-висока плътност, които могат гравитационно да колабират в протозвезди. Второ видео симулира облак от 200 000 слънчеви маси.
Когато една звезда се формира и расте, тя започва да произвежда мощен звезден вятър. Освен това материалът, попадащ в звездата, започва да взаимодейства с магнитните полета на звездата; част от него се изсмуква, тече по линиите на магнитното поле към полюсите, където се изхвърля в космоса под формата на мощни плазмени струи.
И двете форми на обратна връзка отблъскват околния газ, което прекъсва потока на материал, предотвратявайки по-нататъшния растеж на звездата.
Скорошни проучвания, въз основа на данни от наблюдения, предполага, че звездната обратна връзка може да не играе толкова голяма роля при определяне на масата на звезда, колкото си мислехме.
Но изследването на екипа показа обратното . Когато проведоха симулацията без джетове, те завършиха с много, много по-големи звезди. С включените джетове звездите в крайна сметка са с по-нормални размери.
„Реактивните струи нарушават притока на газ към звездата“, Грудич обясни .
„Те по същество издухват газ, който би попаднал в звездата и увеличават нейната маса. Хората са подозирали, че това може да се случва, но чрез симулиране на цялата система имаме солидно разбиране за това как работи.
Това също прекрасно демонстрира потенциала на STARFORGE. Започвайки със сценарий, който е възможно най-близък до реалната Вселена, астрономите могат да изследват многото различни физически процеси, действащи в звездните разсадници.
Включването и изключването на тези процеси може да помогне да се определи кои играят важна роля и може да помогне да се отговори на важни въпроси за Вселената.
Изследването е публикувано в Месечни известия на Кралското астрономическо дружество .