Kriška kroz 3-D simulaciju turbulentne nakupine molekularnog vodika. Kreditna slika: Mark Krumholz. Klikni za veću sliku
Astrofizičari sa Sveučilišta u Kaliforniji, Berkeley i Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore (LLNL) eksplodirali su jednu od dviju konkurentskih teorija o tome kako se zvijezde formiraju u neizmjernim oblacima međuzvjezdanih plinova.
Taj model, star manje od 10 godina, a podržavaju ga neki britanski astronomi, predviđa da će međuzvjezdani oblaci vodika razviti nakupine u kojima se formira nekoliko malih jezgara - sjeme budućih zvijezda. Ove jezgre, manje od svjetlosne godine, kolabiraju pod vlastitom gravitacijom i natječu se za plin u okolnom grozdu, često dobivajući 10 do 100 puta više od svoje izvorne mase iz grude.
Alternativni model, često nazvan teorijom gravitacijskog kolapsa i fragmentacije, također pretpostavlja da oblaci razvijaju nakupine u kojima se formiraju protozvjezdane jezgre. No, u ovoj su teoriji jezgre velike i, iako se mogu fragmentirati u manje komade kako bi formirali binarne ili višestruke zvjezdaste sustave, sadrže gotovo svu masu koju će ikada postati.
„U natjecateljskom naraštaju jezgre su sjeme koje preraste u zvijezde; na našoj slici jezgre se pretvaraju u zvijezde ", objasnio je Chris McKee, profesor fizike i astronomije na UC Berkeley. "Do danas zapažaja, koja se usredotočuju prvenstveno na područja formiranja zvijezda male mase, poput sunca, u skladu su s našim modelom i nisu u skladu s njihovim."
"Konkurentski rast je velika teorija formiranja zvijezda u Europi, a sada mislimo da je to mrtva teorija", dodao je Richard Klein, vanredni profesor astronomije na UC Berkeley i istraživač na LLNL-u.
Mark R. Krumholz, koji je sada postdoktorski suradnik na Sveučilištu Princeton, McKee i Klein izvještavaju o svojim otkrićima u časopisu Nature od 17. studenog.
Obje teorije pokušavaju objasniti kako se zvijezde formiraju u hladnim oblacima molekularnog vodika, možda 100 svjetlosnih godina i sadrže 100 000 puta veću masu našeg sunca. Takve su oblake sjajnim bojama fotografirali svemirski teleskopi Hubble i Spitzer, no dinamika urušavanja oblaka u jednu ili više zvijezda još uvijek nije jasna. Teorija formiranja zvijezda je presudna za razumijevanje načina na koji se galaksije i nakupine galaksija formiraju, rekao je McKee.
"Formiranje zvijezda vrlo je bogat problem koji uključuje pitanja poput formiranja zvijezda poput sunca, zašto se vrlo velik broj zvijezda nalazi u binarnim sustavima zvijezda i kako zvijezde deset do stostruko veće od mase sunca", rekao je rekao je. "Masivne zvijezde su važne jer, kada eksplodiraju u supernovi, stvaraju većinu teških elemenata koje vidimo u materijalu oko nas."
Konkurentski akumulacijski model izbačen je krajem devedesetih kao odgovor na probleme s modelom gravitacijskog kolapsa, za koji se činilo da ima poteškoća u objašnjavanju stvaranja velikih zvijezda. Konkretno, teorija ne bi mogla objasniti zašto intenzivno zračenje velikog protostar ne ispuše vanjske slojeve zvijezde i spriječi je da se povećava, iako su astronomi otkrili zvijezde koje su 100 puta veće od Sunčeve mase.
Iako su teoretičari, među njima McKee, Klein i Krumholz, teoriju gravitacijskog kolapsa još više ušli u objašnjenje ovog problema, teorija konkurentne akcesije sve više dolazi u sukob s opažanjima. Primjerice, teorija prirasta predviđa da se smeđi patuljci, koje su propale zvijezde, izbacuju iz grudica i gube svoje okružujuće diskove od plina i prašine. U posljednjih godinu dana, međutim, pronađeni su brojni smeđi patuljci s planetarnim diskovima.
"Teoretičari konkurentne akreditacije zanemarili su ta zapažanja", rekao je Klein. "Krajnji test bilo koje teorije jest koliko se dobro slaže sa promatranjem i čini se da je ovdje teorija gravitacijskog kolapsa jasan pobjednik."
Model koji koriste Krumholz, McKee i Klein superračunalna je simulacija komplicirane dinamike plinova u vrtložnom, turbulentnom oblaku molekularnog vodika koji se nakuplja u neku zvijezdu. Njihovo je prvo istraživanje utjecaja turbulencije na brzinu kojom se zvijezda akumulira tijekom kretanja kroz plinoviti oblak i ruši teoriju o „konkurentnom rastu“.
Zapošljavajući 256 paralelnih procesora u superračunarskom centru San Diego u UC San Diego, vodili su svoj model gotovo dva tjedna kako bi pokazali da on točno prikazuje dinamiku formiranja zvijezda.
"Šest mjeseci radili smo na vrlo, vrlo detaljnim simulacijama visoke rezolucije kako bismo razvili tu teoriju", rekao je Klein. "Zatim smo, imajući tu teoriju u ruci, primijenili na regije koje stvaraju zvijezde sa svojstvima koja se mogu dobiti iz regije koja tvori zvijezdu."
Modeli, koji su također pokrenuti na superračunalima u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley i LLNL, pokazali su da će turbulencija u jezgri i okolnom grudu spriječiti da akumulacija doda veliku masu protostaru.
"Pokazali smo da, zbog turbulencija, zvijezda ne može efikasno prikupiti više mase iz okolnog grma", rekao je Klein. "U našoj se teoriji, jednom kad se jezgra uruši i fragmentira, zvijezda u osnovi ima svu masu koju će ikada imati. Ako se rodila u jezgri male mase, na kraju će biti zvijezda niske mase. Ako se rodi u jezgri velike mase, može postati zvijezda velike mase. "
McKee je napomenuo da simulacija superračunala istraživača ukazuje da konkurentno povećanje može djelovati na malim oblacima s vrlo malo turbulencije, ali to se rijetko, ako ikad, dogodi i nije zabilježeno do danas. Stvarne regije formiranja zvijezda imaju mnogo više turbulencija nego što se pretpostavljalo u akrecijskom modelu, a turbulencije ne propadaju brzo, kao što taj model pretpostavlja. Neki nepoznati procesi, možda materija koja izvire iz protostara, drže plinove namotane tako da se jezgra ne brzo raspada.
„Turbulencija se protivi gravitaciji; bez njega, molekulski oblak bi se srušio daleko brže nego što se promatralo, “rekao je Klein. "Obje teorije pretpostavljaju da je turbulencija tu. Ključno je (to) da se događaju procesi kako se počinju formirati zvijezde koje održavaju turbulenciju živom i sprečavaju je da propadne. Model konkurentnog prikupljanja nema način da se to računa u proračune, što znači da ne modeliraju prave regije koje stvaraju zvijezde. "
Klein, McKee i Krumholz nastavljaju usavršavati svoj model kako bi objasnili kako zračenje velikih protostara bježi bez ispuhavanja svoga plina koji pada. Primjerice, pokazali su da dio zračenja može pobjeći kroz šupljine koje stvaraju mlazovi koji izlaze na stupove mnogih zvijezda. Na mnoga se teorijska predviđanja mogu odgovoriti novi i veći teleskopi koji su u fazi izrade, posebno osjetljivi ALMA teleskop visoke rezolucije koji je u Čileu konstruirao konzorcij američkih, europskih i japanskih astronoma, rekao je McKee.
Rad su podržali Nacionalna uprava za zrakoplovstvo i svemir, Nacionalna zaklada za znanost i Ministarstvo energetike.
Izvorni izvor: UC Berkeley News Release
