Шматочок за допомогою тривимірного моделювання турбулентного скупчення молекулярного водню. Кредит зображення: Марк Крумгольц. Натисніть, щоб збільшити
Астрофізики з Каліфорнійського університету, Берклі та Національної лабораторії Лоуренса Лівермора (LLNL) підірвали одну з двох конкуруючих теорій про те, як утворюються зірки всередині величезних хмар міжзоряного газу.
Ця модель, якій менше 10 років і яку підтримують деякі британські астрономи, передбачає, що міжзоряні водневі хмари утворюють скупчення, в яких утворюються кілька невеликих сердечників - насіння майбутніх зірок. Ці сердечники, менші, ніж світловий рік, руйнуються під власною силою тяжіння і змагаються за газ у навколишньому скупченні, часто набираючи від кущок від 10 до 100 разів більше їх первісної маси.
Альтернативна модель, яку часто називають теорією «гравітаційного колапсу та фрагментації», також передбачає, що у хмарах утворюються скупчення, у яких утворюються протозоряні ядра. Але в цій теорії ядра є великими, і, хоча вони можуть фрагментуватися на більш дрібні шматочки, утворюючи бінарні або декілька зіркових систем, містять майже всю масу, яку вони коли-небудь будуть.
«У конкурентному нарощуванні ядра - це насіння, що виростають до зірок; на нашому знімку сердечники перетворюються на зірки », - пояснив Кріс Маккі, професор фізики та астрономії в УК Берклі. "На сьогодні спостереження, які зосереджуються в основному на регіонах низькомасового утворення зірок, як Сонце, узгоджуються з нашою моделлю та не відповідають їхнім".
"Конкурентне нарощування - це велика теорія утворення зірок у Європі, і ми вважаємо, що це мертва теорія", - додав Річард Кляйн, доцент кафедри астрономії в УК Берклі та науковий співробітник LLNL.
Марк Р. Крумгольц, нині докторський університет у Принстонському університеті, Маккі та Клайн повідомляють про свої висновки у випуску Nature від 17 листопада.
Обидві теорії намагаються пояснити, як утворюються зірки в холодних хмарах молекулярного водню, можливо, через 100 світлових років і містять 100 000 разів більше маси нашого Сонця. Такі хмари були сфотографовані у блискучому кольорі космічними телескопами Хаббла та Спітцера, проте динаміка обвалення хмари на одну чи багато зірок далеко не ясна. Теорія утворення зірок має вирішальне значення для розуміння того, як утворюються галактики та скупчення галактик, сказав Маккі.
"Зоряне утворення - це дуже багата проблема, яка включає такі питання, як, як утворилися зірки, як Сонце, чому дуже велика кількість зірок знаходиться у бінарних системах зірок, і як зірки в десять-сто разів перевищують масу сонця", - сказав він сказав. "Більш масивні зірки важливі, тому що, коли вони вибухають в надновій, вони виробляють більшість важких елементів, які ми бачимо в матеріалі навколо нас".
Модель конкурентоспроможного нарощування вилупилася в кінці 1990-х років у відповідь на проблеми з гравітаційною моделлю колапсу, яка, здавалося, мала проблеми пояснити, як утворюються великі зірки. Зокрема, теорія не могла пояснити, чому інтенсивне випромінювання від великої протозірки не просто здуває зовнішні шари зірки і не дозволяє їй зростати, навіть якщо астрономи виявили зірки, що в 100 разів перевищують масу Сонця.
Хоча теоретики, серед яких Маккі, Клайн та Крумгольц, просунули теорію гравітаційного колапсу далі для пояснення цієї проблеми, теорія конкурентного нарощування все більше вступає в конфлікт із спостереженнями. Наприклад, теорія нарощування передбачає, що коричневі карлики, які є зірваними зірками, викидаються з грудок і втрачають свої оточуючі диски газу та пилу. В минулому році, однак, були знайдені численні бурі карлики з планетарними дисками.
"Теоретики конкурентної екскреції проігнорували ці спостереження", - сказав Клейн. "Кінцевим тестом будь-якої теорії є те, наскільки вона добре погоджується із спостереженням, і тут теорія гравітаційного колапсу виявляється явним переможцем".
Модель, яку застосовують Крумгольц, Маккі та Клайн, - це суперкомп'ютерне моделювання складної динаміки газу всередині закрученої, бурхливої хмари молекулярного водню, яка накопичується на зірку. Їх перше дослідження впливу турбулентності на швидкість, з якою зірка накопичує речовину, рухаючись через газову хмару, і це руйнує теорію "конкурентного нарощення".
Працюючи 256 паралельних процесорів у центрі суперкомп'ютерів Сан-Дієго в Університеті Сан-Дієго, вони майже дві тижні керували своєю моделлю, щоб показати, що вона точно відображала динаміку формування зірок.
"Шість місяців ми працювали над дуже детальними моделюваннями з високою роздільною здатністю для розробки цієї теорії", - сказав Клейн. "Тоді, маючи цю теорію в руці, ми застосували її до областей, що утворюють зірки, з властивостями, які можна було б отримати від області зірки."
Моделі, які також працювали на суперкомп'ютерах у Національній лабораторії Лоуренса Берклі та LLNL, показали, що турбулентність в ядрі та навколишньому скупченні не дозволить накопиченню додавати велику масу протостар.
"Ми показали, що через турбулентність зірка не може ефективно нагромаджувати набагато більше маси від навколишнього грудочки", - сказав Клейн. "У нашій теорії, коли ядро руйнується і обривається, ця зірка в основному має всю масу, яку вона коли-небудь матиме. Якщо вона народилася в ядрі низької маси, вона в кінцевому підсумку буде зіркою низької маси. Якщо він народжений у високому масовому ядрі, він може стати зіркою високої маси ".
Маккі зауважив, що моделювання суперкомп'ютерів дослідників вказує на конкурентоспроможність, яка може спрацювати для невеликих хмар з дуже малою турбулентністю, але вони рідко, якщо взагалі, трапляються і не спостерігаються досі. Реальні райони утворення зірок мають набагато більше турбулентності, ніж передбачалося в моделі нарощення, і турбулентність швидко не розпадається, як це передбачає модель. Деякі невідомі процеси, можливо, матерія, що витікає з протостарів, підтримують згортання газів, щоб серцевина не швидко руйнувалася.
«Турбулентність виступає проти тяжкості; без цього молекулярна хмара руйнується набагато швидше, ніж спостерігалося », - сказав Клейн. "Обидві теорії припускають, що турбулентність існує. Ключовим є те, що відбуваються процеси, коли починають утворюватися зірки, які підтримують турбулентність в живих і не дають їй загнивати. Модель конкурентного нарощування не має жодного способу вносити це до розрахунків, це означає, що вони не моделюють реальні регіони, що утворюють зірки ".
Кляйн, Маккі та Крумгольц продовжують вдосконалювати свою модель, щоб пояснити, як випромінювання великих протостарів рятується, не видуваючи весь падаючий газ. Наприклад, вони показали, що частина випромінювання може вийти через порожнини, створені струменями, що спостерігаються, щоб вийти на полюси багатьох зірок, що утворюються. На багато прогнозів цієї теорії можуть відповісти нові і більші телескопи, які зараз будуються, зокрема чутливий телескоп ALMA з високою роздільною здатністю, який в Чилі будує консорціум із американських астрономів США, Європи та Японії, заявив Маккі.
Роботу підтримали Національне управління з питань аеронавтики та космосу, Національний науковий фонд та Міністерство енергетики.
Оригінальне джерело: UC Berkeley News Release
