Pjūvis per 3-D modeliavimo turbulentinis molekulinio vandenilio gumulą. Atvaizdo kreditas: Markas Krumholzas. Spustelėkite norėdami padidinti
Kalifornijos Berklio universiteto astrofizikai ir Lawrence'o Livermore'o nacionalinė laboratorija (LLNL) ištyrė vieną iš dviejų konkuruojančių teorijų apie tai, kaip žvaigždės susiformuoja didžiuliuose tarpžvaigždinių dujų debesyse.
Šis mažiau nei 10 metų senas modelis, kurį palaiko kai kurie britų astronomai, prognozuoja, kad tarpžvaigždiniuose vandenilio debesyse susidaro gumulėliai, kuriuose susiformuoja kelios mažos šerdies - būsimų žvaigždžių sėklos. Šie branduoliai, mažiau nei per metus, suskyla pagal savo jėgą ir konkuruoja dėl dujų aplink esančiame gumulėlyje, dažnai padidindami 10–100 kartų daugiau nei jų pradinė masė.
Alternatyvusis modelis, dažnai vadinamas „gravitacinio žlugimo ir suskaidymo“ teorija, taip pat daro prielaidą, kad debesys sukuria gumulėlius, kuriuose susiformuoja žvaigždžių žvaigždės. Tačiau pagal šią teoriją šerdys yra didelės ir, nors jos gali suskaidyti į mažesnius gabalus, kad sudarytų dvejetaines ar kelių žvaigždžių sistemas, jose yra beveik visa masė, kokią jie kada nors turės.
„Konkurencijos dėka šerdys yra sėklos, kurios užauga ir tampa žvaigždėmis; mūsų nuotraukoje šerdys virsta žvaigždėmis “, - paaiškino Chrisas McKee, UC Berkeley fizikos ir astronomijos profesorius. „Iki šiol pastebėjimai, daugiausia orientuoti į mažo masės žvaigždžių susidarymo regionus, tokius kaip saulė, atitinka mūsų modelį ir prieštarauja jų.“
„Konkurencinis populiarumas yra didelė žvaigždžių formavimosi Europoje teorija, ir mes dabar manome, kad tai negyva teorija“, - pridūrė Richardas Kleinas, UC Berkeley astronomijos profesorius ir LLNL tyrėjas.
Markas R. Krumholzas, dabar tapęs doktorantu Prinstono universitete, McKee ir Kleinas praneša apie savo radinius lapkričio 17 d. Leidinyje „Nature“.
Abi teorijos bando paaiškinti, kaip žvaigždės susiformuoja šaltuose molekulinio vandenilio debesyse, galbūt per 100 šviesmečių ir turinčių 100 000 kartų didesnę mūsų saulės masę. Tokie debesys buvo fotografuojami ryškiomis spalvomis Hablo ir Špicerio kosminiuose teleskopuose, tačiau debesies griūties į vieną ar kelias žvaigždes dinamika toli gražu nėra aiški. Žvaigždžių susidarymo teorija yra kritinė, norint suprasti, kaip formuojasi galaktikos ir galaktikų klasteriai, sakė McKee.
„Žvaigždžių susidarymas yra labai turtinga problema, apimanti tokius klausimus, kaip susiformavo tokios žvaigždės kaip saulė, kodėl dvejetainėse žvaigždžių sistemose yra labai daug žvaigždžių ir kaip žvaigždės sudaro dešimt ar šimtą kartų daugiau nei saulės masė“, - sakė jis. sakė. „Masyvesnės žvaigždės yra svarbios, nes sprogdamos supernovoje jos išskiria daugumą sunkiųjų elementų, kuriuos matome aplink mus esančioje medžiagoje“.
Konkurencinio akcento modelis buvo perkeltas 1990-ųjų pabaigoje, reaguojant į problemas dėl gravitacinio griūties modelio, kuriam, regis, buvo sunku paaiškinti, kaip susidaro didžiosios žvaigždės. Visų pirma, teorija negalėjo paaiškinti, kodėl intensyvus didelio protostaro spinduliavimas tiesiog nepučia nuo žvaigždės išorinių sluoksnių ir neleidžia jai augti didesniems, nors astronomai atrado žvaigždes, kurios yra 100 kartų didesnės už saulės masę.
Nors teoretikai, įskaitant McKee, Kleiną ir Krumholzą, pažengė toliau gravitacinio griūties teorijos link, kad paaiškintų šią problemą, konkurencinio populiarumo teorija vis labiau konfliktuoja su stebėjimais. Pavyzdžiui, akrecijos teorija prognozuoja, kad rudosios nykštukės, kurios yra nesėkmingos žvaigždės, yra išmetamos iš gumulėlių ir praranda savo apgaubiančius dujų ir dulkių diskus. Tačiau praėjusiais metais buvo rasta daugybė rudųjų nykštukių su planetų diskais.
„Konkurencijos akcento teoretikai nepaisė šių pastebėjimų“, - teigė Kleinas. „Galutinis bet kurios teorijos testas yra tai, ar ji gerai sutinka su stebėjimu, ir čia atrodo, kad akivaizdi gravitacijos griūties teorija yra nugalėtoja“.
Krumholzo, McKee ir Kleino naudojamas modelis - tai superkompiuteris, kuriame modeliuojama sudėtinga dujų dinamika besisukančiame, turbulenciniame molekulinio vandenilio debesyje, nes jie susikaupia ant žvaigždės. „Theirs“ yra pirmasis turbulencijos poveikio greičiui, kuriuo žvaigždė kaupiasi, kai judama pro dujų debesį, tyrimas ir griauna „konkurencingumo didinimo“ teoriją.
Įdarbinę 256 lygiagrečius procesorius San Diego superkompiuterio centre, esančiame UC San Diego, jie beveik dvi savaites vykdė savo modelį, norėdami parodyti, kad jis tiksliai atspindi žvaigždžių formavimosi dinamiką.
„Šešis mėnesius dirbome prie labai, labai detalių, aukštos skiriamosios gebos modeliavimo, kad sukurtume šią teoriją“, - teigė Kleinas. „Tada, turėdami šią teoriją, pritaikėme ją žvaigždžių formavimo regionams, pasižyminčioms tokiomis savybėmis, kurios galėtų išsisukti iš žvaigždės formavimo srities“.
Modeliai, kurie taip pat buvo naudojami superkompiuteriuose Lawrence'o Berkeley nacionalinėje laboratorijoje ir LLNL, parodė, kad turbulencija šerdyje ir aplink esančioje gumulėlėje neleis įbrėžimui pridėti daug masės prie protostaro.
„Mes parodėme, kad dėl turbulencijos žvaigždė negali efektyviai išskirti daug daugiau masės iš aplinkinių gumulų“, - teigė Kleinas. „Mūsų teorijoje, kai šerdis griūva ir suskaidoma, ta žvaigždė iš esmės turi visą masę, kurią kada nors turės. Jei ji gimė mažos masės šerdyje, ji galų gale bus mažos masės žvaigždė. Jei jis gimsta didelės masės šerdyje, jis gali tapti didelės masės žvaigžde. “
McKee pažymėjo, kad tyrėjų superkompiuterio modeliavimas rodo, kad konkurencinis akrėjimas gali gerai veikti mažiems debesims, kurių turbulencija yra labai maža, tačiau jie retai, jei kada nors atsiranda, ir iki šiol nebuvo stebimi. Tikrojo žvaigždžių formavimo regionai turi daug daugiau turbulencijos, nei manyta akrilizacijos modelyje, ir turbulencija greitai nesugrius, kaip spėjama šiame modelyje. Kai kurie nežinomi procesai, galbūt materija, sklindanti iš priešakinių žvaigždžių, išlaiko dujas, kad šerdis greitai nesugriūtų.
„Turbulencija priešinasi gravitacijai; be jo molekulinis debesis žlugtų daug greičiau, nei pastebėta “, - teigė Kleinas. „Abi teorijos daro prielaidą, kad ten neramumai. Svarbiausia yra tai, kad, vykstant žvaigždžių formavimui, vyksta procesai, kurie palaiko turbulenciją ir apsaugo ją nuo skilimo. Konkurencinio populiarumo modelis neturi jokio būdo to panaudoti skaičiavimams, vadinasi, jie ne modeliuoja tikrus žvaigždžių formavimo regionus. “
Kleinas, McKee'as ir Krumholzas toliau tobulina savo modelį, aiškindami, kaip didžiųjų prizininkų spinduliuotė sklinda neišpūtdama visų patenkančių dujų. Pavyzdžiui, jie parodė, kad dalis spinduliuotės gali išbėgti pro ertmes, kurias sukuria purkštukai, kurie išeina iš daugelio formuojamų žvaigždžių polių. Daugelį teorijos prognozių gali atsakyti nauji ir didesni teleskopai, dabar statomi, ypač jautrus, didelės skiriamosios gebos ALMA teleskopas, kurį Čilėje konstruoja JAV, Europos ir Japonijos astronomų konsorciumas, sakė McKee.
Darbą rėmė Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija, Nacionalinis mokslo fondas ir Energetikos departamentas.
Originalus šaltinis: „UC Berkeley“ spaudai
