O felie printr-o simulare 3-D a unui grup turbulent de hidrogen molecular. Credit imagine: Mark Krumholz. Faceți clic pentru a mări
Astrofizicienii de la Universitatea din California, Berkeley și Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) au explodat una dintre cele două teorii concurente despre modul în care stelele se formează în imens norii de gaz interstelar.
Acest model, care are mai puțin de 10 ani și este campionat de unii astronomi britanici, prevede că norii interstelari de hidrogen dezvoltă grupuri în care se formează mai multe nuclee mici - semințele viitoarelor stele. Aceste nuclee, cu mai puțin de un an lumină, se prăbușesc sub propria lor gravitație și concurează pentru gazul din grupul înconjurător, obținând adesea de 10 până la 100 de ori masa lor inițială din grup.
Modelul alternativ, adesea denumit teoria „prăbușirii gravitaționale și a fragmentării”, presupune, de asemenea, că norii dezvoltă grupuri în care se formează miezuri proto-stelare. Dar în această teorie, miezurile sunt mari și, deși se pot fragmenta în bucăți mai mici pentru a forma sisteme binare sau multiple cu stele, conțin aproape toată masa pe care o vor face vreodată.
„În apreciere competitivă, miezurile sunt semințe care cresc pentru a deveni stele; în imaginea noastră, miezurile se transformă în stele ”, a explicat Chris McKee, profesor de fizică și astronomie la UC Berkeley. „Observațiile de până acum, care se concentrează în principal pe regiuni cu formare de stele cu masă scăzută, precum soarele, sunt în concordanță cu modelul nostru și sunt incompatibile cu ale lor.”
„Acreția competitivă este marea teorie a formării stelelor în Europa și credem că este o teorie moartă”, a adăugat Richard Klein, profesor adjunct de astronomie la UC Berkeley și cercetător la LLNL.
Mark R. Krumholz, acum coleg post-doctoral la Universitatea Princeton, McKee și Klein raportează concluziile lor în numărul din 17 noiembrie al Naturii.
Ambele teorii încearcă să explice modul în care stelele se formează în nori reci de hidrogen molecular, probabil la 100 de ani lumină și conțin de 100.000 de ori mai mult decât masa soarelui nostru. Astfel de nori au fost fotografiați în culori strălucitoare de telescoapele spațiale Hubble și Spitzer, dar dinamica prăbușirii unui nor într-una sau mai multe stele este departe de a fi clar. O teorie a formării stelelor este esențială pentru a înțelege modul în care se formează galaxii și grupuri de galaxii, a spus McKee.
„Formarea stelelor este o problemă foarte bogată, care implică întrebări precum modul în care stelele precum soarele s-a format, de ce un număr foarte mare de stele se află în sistemele de stele binare și cum stelele se formează de zece până la o sută de ori masa soarelui”, a spus el. spus. „Stelele mai masive sunt importante deoarece, atunci când explodează într-o supernovă, ele produc cele mai multe elemente grele pe care le vedem în materialul din jurul nostru.”
Modelul competitiv de acreție a fost eclozat la sfârșitul anilor 1990, ca răspuns la probleme cu modelul gravitational colaps, care părea să aibă probleme în a explica modul în care se formează stele mari. În special, teoria nu ar putea explica de ce radiațiile intense de la un protostar mare nu aruncă doar straturile exterioare ale stelei și nu împiedică să crească mai mult, chiar dacă astronomii au descoperit stele care sunt de 100 de ori mai mari decât soarele.
În timp ce teoreticienii, printre care McKee, Klein și Krumholz, au avansat teoria colapsului gravitațional mai departe spre a explica această problemă, teoria competitivă a acreției a intrat tot mai mult în conflict cu observațiile. De exemplu, teoria accrețiunii prevede că piticele brune, care sunt stele eșuate, sunt aruncate din aglomerații și își pierd discurile încercuitoare de gaz și praf. În ultimul an, însă, numeroase pitici maro au fost găsite cu discuri planetare.
„Teoreticienii competiției de acreție au ignorat aceste observații”, a spus Klein. „Ultimul test al oricărei teorii este cât de bine este de acord cu observația, iar aici teoria colapsului gravitațional pare a fi câștigătorul clar.”
Modelul folosit de Krumholz, McKee și Klein este o simulare a supercomputerului a dinamicii complicate a gazului din interiorul unui nor turbulent, turbulent de hidrogen molecular, pe măsură ce se accelerează pe o stea. Al lor este primul studiu al efectelor turbulenței asupra ritmului cu care o stea accelerează materia pe măsură ce trece printr-un nor de gaz, și demolează teoria „competiției concurențiale”.
Angajând 256 de procesoare paralele la San Diego Supercomputer Center din UC San Diego, ei au condus modelul lor timp de aproape două săptămâni pentru a arăta că acesta a reprezentat cu exactitate dinamica formării stelelor.
"Timp de șase luni, am lucrat la simulări de foarte înaltă rezoluție, foarte detaliate, pentru a dezvolta această teorie", a spus Klein. „Apoi, având această teorie la îndemână, am aplicat-o regiunilor de formare a stelelor cu proprietățile pe care le-ar putea extrage dintr-o regiune formatoare de stele.”
Modelele, care au fost, de asemenea, rulate pe supercomputere la Lawrence Berkeley Laboratorul Național și LLNL, au arătat că turbulența în miez și în jurul grupului înconjurător ar împiedica excreția să adauge multă masă unui protostar.
„Am arătat că, din cauza turbulențelor, o stea nu poate în mod eficient să acumuleze mult mai multă masă din aglomerația din jur”, a spus Klein. „În teoria noastră, odată ce un nucleu se prăbușește și se fragmentează, acea stea are practic toată masa pe care o va avea vreodată. Dacă s-a născut într-un nucleu cu masă scăzută, acesta va sfârși prin a fi o stea cu masa mică. Dacă este născut într-un nucleu cu masă mare, poate deveni o stea cu masă mare. "
McKee a menționat că simularea supercomputerului cercetătorilor indică că acumularea competitivă poate funcționa bine pentru nori mici cu turbulență foarte mică, dar acestea sunt rareori, dacă au fost vreodată, și nu au fost observate până în prezent. Regiunile de formare a stelelor reale prezintă mult mai multă turbulență decât se presupune în modelul de acreție, iar turbulența nu scade repede, deoarece se presupune că acest model. Unele procese necunoscute, poate materia care iese din protostar, mențin gazele înfășurate astfel încât miezul să nu se prăbușească rapid.
„Turbulența se opune gravitației; fără el, un nor molecular s-ar prăbuși mult mai rapid decât s-a observat ”, a spus Klein. „Ambele teorii presupun că turbulența există. Cheia este că (există) există procese pe măsură ce încep să se formeze stele care mențin turbulența în viață și împiedică decăderea acesteia. Modelul competitiv de acreditare nu are nicio modalitate de a pune acest lucru în calcul, ceea ce înseamnă că nu modelează regiuni formatoare de stele reale. "
Klein, McKee și Krumholz continuă să-și perfecționeze modelul pentru a explica modul în care radiațiile provenite de la protostarii mari scapă fără să sufle tot gazul înfundat. De exemplu, ei au arătat că o parte din radiații pot scăpa prin cavități create de jeturile observate să iasă polii multor stele în formare. Multe previziuni ale teoriei ar putea răspunde de telescoape noi și mai mari aflate acum în construcție, în special telescopul ALMA de înaltă rezoluție sensibil, construit în Chile de un consorțiu de astronomi din Statele Unite, europeni și japonezi, a spus McKee.
Lucrarea a fost susținută de Administrația Națională de Aeronautică și Spațiu, Fundația Națională de Științe și Departamentul de Energie.
Sursa originală: Comunicat de presă al UC Berkeley
