Šķēle caur trīsdimensiju imitāciju, kas vērsta uz molekulārā ūdeņraža turbulenta klucīša veidošanos. Attēla kredīts: Marks Krumholzs. Noklikšķiniet, lai palielinātu
Kalifornijas Bērklija universitātes astrofiziķi un Lorensa Livermora Nacionālā laboratorija (LLNL) ir izpētījušas vienu no divām konkurējošām teorijām par to, kā zvaigznes veidojas milzīgos starpzvaigžņu gāzes mākoņos.
Šis modelis, kas ir mazāks par 10 gadiem un kuru atbalsta daži britu astronomi, paredz, ka starpzvaigžņu ūdeņraža mākoņos veidojas pikas, kuros veidojas vairāki mazi serdeņi - topošo zvaigžņu sēklas. Šie serdeņi mazāk nekā viegla gada garumā sabrūk sava gravitācijas ietekmē un konkurē par gāzi apkārtējā sakopā, bieži iegūstot no saknēm 10 līdz 100 reizes lielāku sākotnējo masu.
Alternatīvais modelis, ko bieži dēvē par “gravitācijas sabrukuma un sadrumstalotības” teoriju, arī pieņem, ka mākoņos veidojas pūtītes, kurās veidojas zvaigžņu serdes. Bet šajā teorijā serdeņi ir lieli un, lai arī tie var sadalīties mazākos gabalos, veidojot bināras vai vairāku zvaigžņu sistēmas, satur gandrīz visu masu, kādu viņi jebkad vēlēsies.
“Konkurences ziņā serdeņi ir sēklas, kas izaug par zvaigznēm; mūsu attēlā serdeņi pārvēršas par zvaigznēm, ”skaidroja Kriss Makjū, UC Bērkli fizikas un astronomijas profesors. "Līdzšinējie novērojumi, kas galvenokārt koncentrējas uz zema masas zvaigžņu veidošanās reģioniem, piemēram, sauli, ir saskaņā ar mūsu modeli un neatbilst viņu uzskatiem."
“Konkurences principa noteikšana ir lielā zvaigžņu veidošanās teorija Eiropā, un tagad mēs domājam, ka tā ir mirusi teorija,” piebilda Ričards Kleins, UC Berkeley astronomijas profesors un LLNL pētnieks.
Marks R. Krumholzs, tagadējais doktorants Prinstonas universitātē, Makkejs un Kleins ziņo par saviem atradumiem Dabas 17. novembra numurā.
Abas teorijas mēģina izskaidrot, kā zvaigznēs veidojas auksti molekulārā ūdeņraža mākoņi, varbūt 100 gaismas gadus pāri un satur 100 000 reizes lielāku par mūsu saules masu. Šādus mākoņus spožā krāsā ir nofotografējuši Habla un Špicera kosmosa teleskopi, tomēr mākoņa sabrukuma vienā vai vairākās zvaigznēs dinamika nebūt nav skaidra. Zvaigžņu veidošanās teorija ir kritiska, lai izprastu, kā veidojas galaktikas un galaktiku kopas, sacīja Makkejs.
"Zvaigžņu veidošanās ir ļoti bagāta problēma, kas ietver tādus jautājumus kā, piemēram, kā veidojas tādas zvaigznes kā saule, kāpēc bināro zvaigžņu sistēmās ir ļoti daudz zvaigžņu un kā zvaigznes desmit līdz simts reizes pārsniedz saules masu," viņš teica. "Masīvākas zvaigznes ir svarīgas, jo, eksplodējot supernovā, tās rada lielāko daļu smago elementu, ko mēs redzam apkārt esošajā materiālā."
Konkurences stiprināšanas modelis tika izšķīdināts 1990. gadu beigās, reaģējot uz problēmām ar gravitācijas sabrukšanas modeli, kurai šķita grūti izskaidrot, cik lielas zvaigznes veidojas. Proti, šī teorija nevarēja izskaidrot, kāpēc intensīvs liela protostara starojums ne tikai izpūst zvaigznes ārējos slāņus un neļauj tai izaugt lielākiem, kaut arī astronomi ir atklājuši zvaigznes, kas ir 100 reizes lielākas par saules masu.
Kamēr teorētiķi, starp kuriem ir Makkejs, Kleins un Krumholzs, ir attīstījuši gravitācijas sabrukuma teoriju, lai tālāk izskaidrotu šo problēmu, konkurences izvēles teorija arvien vairāk nonāk pretrunā ar novērojumiem. Piemēram, akrēcijas teorija paredz, ka brūnie punduri, kas ir neizdevušās zvaigznes, tiek izmesti no salikumiem un zaudē apņemošos gāzes un putekļu diskus. Tomēr pagājušajā gadā ar planētu diskiem ir atrasti daudzi brūnie punduri.
"Konkurences izvēles teorētiķi ir ignorējuši šos novērojumus," sacīja Kleins. "Jebkuras teorijas galīgais pārbaudījums ir tas, cik labi tā piekrīt novērojumiem, un šeit acīmredzami gravitācijas sabrukuma teorija ir acīmredzams ieguvējs."
Krumholca, Makkeja un Kleina izmantotais modelis ir sarežģītas gāzes dinamikas modelēšana ar superdatoru, kas virpuļojošā, turbulentā molekulārā ūdeņraža mākonī iekļūst zvaigznei. Viņi ir pirmais pētījums par turbulences ietekmi uz ātrumu, ar kādu zvaigzne akretizē matēriju, pārvietojoties pa gāzes mākoni, un tas nojauc “konkurences pieauguma” teoriju.
Nodarbinot 256 paralēlos procesorus Sandjego superdatoru centrā UC San Diego, viņi gandrīz divas nedēļas vadīja savu modeli, lai parādītu, ka tas precīzi attēlo zvaigžņu veidošanās dinamiku.
"Sešus mēnešus mēs strādājām pie ļoti, ļoti detalizētām, augstas izšķirtspējas simulācijām, lai izstrādātu šo teoriju," sacīja Kleins. "Tad, kad šī teorija bija rokā, mēs to piemērojām zvaigžņu veidošanās reģioniem ar tādām īpašībām, kādas varētu attēlot no zvaigžņu veidošanās reģiona."
Modeļi, kas tika vadīti arī ar superdatoriem Lawrence Berkeley Nacionālajā laboratorijā un LLNL, parādīja, ka turbulence kodolā un apkārt esošajā daivā neļaus akrēcijai pievienot lielu masu protostaram.
"Mēs esam parādījuši, ka turbulences dēļ zvaigzne nevar efektīvi iegūt vairāk masas no apkārtējās pļavas," sacīja Kleins. “Mūsu teorijā, kad kodols sabrūk un tiek sadrumstalots, šai zvaigznei principā ir visa masa, kāda tai jebkad būs. Ja tas ir dzimis mazmasas kodolā, tas galu galā būs zema masas zvaigzne. Ja tas ir dzimis lielas masas kodolā, tas var kļūt par lielas masas zvaigzni. ”
Makkejs atzīmēja, ka pētnieku superdatoru simulācija norāda, ka konkurences palielināšana var labi darboties maziem mākoņiem ar ļoti nelielu turbulenci, taču tie reti, ja vispār, rodas un līdz šim nav novēroti. Reālajiem zvaigžņu veidošanās reģioniem ir daudz vairāk turbulences, nekā pieņemts akrēcijas modelī, un turbulence ātri nesamazinās, kā tiek pieņemts šajā modelī. Daži nezināmi procesi, iespējams, viela, kas izplūst no galvenajiem zvaigznītēm, ļauj gāzēm uzaust, lai kodols ātri nesabrūk.
“Turbulence iebilst pret smagumu; bez tā molekulārais mākonis sabrūk daudz ātrāk nekā novērots, ”sacīja Kleins. “Abas teorijas pieņem, ka turbulences ir. Galvenais ir tas, ka notiek procesi, kad sāk veidoties zvaigznes, kas uztur turbulenci dzīvu un novērš tās sabrukšanu. Konkurences stiprināšanas modelim nav nekādas iespējas to izmantot aprēķinos, tas nozīmē, ka tie nemodelē reālus zvaigžņu veidošanas reģionus. ”
Kleins, Makkejs un Krumholzs turpina pilnveidot savu modeli, lai izskaidrotu, kā izplūst starojums no lieliem priekšstatiem, neizpūšot visu iekļūstošo gāzi. Piemēram, viņi ir parādījuši, ka daļa no starojuma var izplūst caur dobumiem, ko rada novērotās strūklas, lai iznāktu no daudzu veidošanās zvaigžņu stabiņiem. Uz daudzām teorijas prognozēm var atbildēt ar jauniem un lielākiem teleskopiem, kas tagad tiek būvēti, jo īpaši ar jutīgo, augstas izšķirtspējas ALMA teleskopu, ko Čīlē būvē ASV, Eiropas un Japānas astronomu konsorcijs, sacīja Makkejs.
Darbu atbalstīja Nacionālā aeronautikas un kosmosa pārvalde, Nacionālais zinātnes fonds un Enerģētikas departaments.
Oriģinālais avots: UC Berkeley News Release
