Rezina s pomočjo tridimenzionalne simulacije turbulentne gruče molekulskega vodika. Kreditna slika: Mark Krumholz. Kliknite za povečavo
Astrofiziki z univerze v Kaliforniji, Berkeley in Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore (LLNL) so raznesli eno od dveh konkurenčnih teorij o tem, kako zvezde nastajajo v ogromnih oblakih medzvezdnega plina.
Ta model, ki je star manj kot 10 let in ga zagovarjajo nekateri britanski astronomi, predvideva, da medzvezdni vodikovi oblaki razvijejo grude, v katerih se oblikuje več majhnih jeder - seme bodočih zvezd. Ta jedra, mlajša od svetlobnega leta, se zrušijo pod lastno težo in tekmujejo za plin v okoliški gruči, pogosto pridobivajo 10 do 100-krat večjo prvotno maso iz grude.
Alternativni model, ki ga pogosto imenujemo teorija gravitacijskega kolapsa in fragmentacije, tudi predvideva, da se v oblakih razvijejo gruče, v katerih se oblikujejo protozvezdna jedra. Toda v tej teoriji so jedra velika in, čeprav se lahko drobijo na manjše koščke, da tvorijo binarne ali več zvezdaste sisteme, vsebujejo skoraj vso maso, ki jo bodo kdajkoli imeli.
„V konkurenčnem naraščanju so jedra semena, ki zrastejo v zvezde; na naši sliki se jedra spremenijo v zvezde, "je pojasnil Chris McKee, profesor fizike in astronomije na UC Berkeley. "Dosedanja opažanja, ki se osredotočajo predvsem na območja nastanka zvezd z nizko maso, kot je sonce, so skladna z našim modelom in niso v skladu z njihovimi."
"Konkurenčna rast je velika teorija nastajanja zvezd v Evropi, in zdaj menimo, da je to mrtva teorija," je dodal Richard Klein, samostojni profesor astronomije na UC Berkeley in raziskovalec na LLNL.
Mark R. Krumholz, zdaj podoktorski univerza na Univerzi Princeton, McKee in Klein poročajo o svojih ugotovitvah v številki Nature, objavljeni 17. novembra.
Obe teoriji poskušata razložiti, kako se zvezde tvorijo v hladnih oblakih molekulskega vodika, morda čez 100 svetlobnih let in vsebujejo 100.000-krat večjo maso našega sonca. Takšne oblake sta v vesoljskih teleskopih Hubble in Spitzer fotografirala v briljantni barvi, vendar dinamika strnitve oblaka v eno ali več zvezd še zdaleč ni jasna. McKee je dejal, da je teorija nastanka zvezd ključnega pomena za razumevanje, kako se galaksije in grozdi galaksij oblikujejo.
"Formiranje zvezd je zelo bogat problem, saj vključuje vprašanja, kot so, kako so nastale zvezde, kot je sonce, zakaj je zelo veliko zvezd v binarnih sistemih zvezd in kako so zvezde deset do stokrat večje od mase sonca," je dejal je dejal. "Masivnejše zvezde so pomembne, ker ko eksplodirajo v supernovi, ustvarijo večino težkih elementov, ki jih vidimo v materialu okoli nas."
Konkurenčni model akcesije se je izvalil v poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja kot odgovor na težave z gravitacijskim modelom kolapsa, za katerega se je zdelo, da je težko razložiti, kako nastajajo velike zvezde. Teorija še posebej ni mogla pojasniti, zakaj intenzivno sevanje velikega zvezda ne odpihne zunanjih plasti zvezde in prepreči, da bi se povečal, čeprav so astronomi odkrili zvezde, ki so 100-krat večje od sončne mase.
Medtem ko so teoretiki, med njimi McKee, Klein in Krumholz, teorijo gravitacijskega kolapsa napredovali dlje v smeri razlage tega problema, je teorija konkurenčne akcesije vedno bolj v nasprotju z opazovanji. Na primer, teorija akcesije napoveduje, da se rjavi pritlikavci, ki so propadle zvezde, vržejo iz grud in izgubijo obkrožene diske s plinom in prahom. V zadnjem letu pa so našli številne rjave pritlikavke s planetarnimi diski.
"Konkurenčni teoretiki akcesije so ta opažanja prezrli," je dejal Klein. "Končni preizkus katere koli teorije je, kako dobro se strinja z opazovanjem, in tukaj je teorija gravitacijskega kolapsa očitna zmagovalka."
Model, ki ga uporabljajo Krumholz, McKee in Klein, je superračunalniška simulacija zapletene dinamike plinov v vrtinčatem, burnem oblaku molekulskega vodika, ko se nabira na zvezdo. Theirs je prva študija učinkov turbulenc na hitrost, s katero zvezda nabira materijo, ko se giblje skozi plinski oblak, in ruši teorijo o "konkurenčnem povečanju".
Zaposlujejo 256 vzporednih procesorjev v superračunalniškem centru San Diego v UC San Diego, ki so svoj model vodili skoraj dva tedna in pokazali, da natančno predstavlja dinamiko nastajanja zvezd.
"Šest mesecev smo delali na zelo, zelo podrobnih simulacijah z visoko ločljivostjo, da bi razvili to teorijo," je dejal Klein. "Potem smo imeli to teorijo v roki in uporabili smo jo za območja, ki tvorijo zvezde, z lastnostmi, ki jih je mogoče pridobiti iz območja, ki tvori zvezde."
Modeli, ki so bili uporabljeni tudi na superračunalnikih v Nacionalnem laboratoriju Lawrence Berkeley in LLNL, so pokazali, da bi turbulenca v jedru in okoliško grudo preprečila, da bi akumulacija dodala veliko mase protostarju.
"Pokazali smo, da zvezda zaradi turbulenc ne more učinkovito pridobiti veliko več mase iz okoliške grude," je dejal Klein. "V naši teoriji, ko se jedro zruši in drobi, ta zvezda ima v bistvu vso maso, ki jo bo kdajkoli imela. Če se je rodil v jedru z nizko maso, bo na koncu zvezda z nizko maso. Če se rodi v jedru z veliko maso, lahko postane zvezda z veliko maso. "
McKee je opozoril, da simulacija superračunalnikov raziskovalcev kaže, da lahko konkurenčno povečanje deluje tudi pri majhnih oblakih z zelo malo turbulenc, vendar se ti redko, če sploh, pojavijo in jih doslej še nismo opazili. Prava območja nastanka zvezd imajo veliko več turbulenc, kot so predvidevali v modelu akrekcije, in turbulenca hitro ne razpade, kot predvideva ta model. Nekateri neznani procesi, ki morda izvirajo iz protostarjev, ohranjajo pline navzgor, da se jedro hitro ne zruši.
»Turbulenca nasprotuje gravitaciji; brez njega bi se molekularni oblak zrušil veliko hitreje kot opazoval, "je dejal Klein. "Obe teoriji domnevata, da je turbulenca tam. Ključno je (da) se odvijajo procesi, ko se začnejo tvoriti zvezde, ki ohranjajo turbulenco živo in preprečujejo, da bi razpadla. Model konkurenčnega povečevanja nima nobenega načina, da bi to vključil v izračune, kar pomeni, da ne modelirajo pravih zvezd, ki tvorijo zvezde. "
Klein, McKee in Krumholz še naprej izpopolnjujejo svoj model, da bi razložili, kako sevanje velikih protostarjev pobegne, ne da bi odpihnili ves padajoči plin. Na primer, pokazali so, da lahko nekaj sevanja pobegne skozi vdolbine, ki jih ustvarijo curki, da v tvorbi izstopijo pol mnogih zvezd. Številna predvidevanja teorije bodo morda odgovorila z novimi in večjimi teleskopi, ki so že v gradnji, zlasti občutljivi visoko ločljivi teleskop ALMA, ki ga je v Čilu zgradil konzorcij ameriških, evropskih in japonskih astronomov, je dejal McKee.
Delo so podprli Nacionalna uprava za letalstvo in vesolje, Nacionalna znanstvena fundacija in Ministrstvo za energetiko.
Izvirni vir: UC Berkeley News Release
