Szelet egy molekuláris hidrogén turbulens csomójának 3D-s szimulációján keresztül. Kép jóváírása: Mark Krumholz. kattints a kinagyításhoz
A kaliforniai Berkeley Egyetemi Asztrofizikusok és a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium (LLNL) felfedte a két versengő elmélet egyikét arról, hogy a csillagok miként alakulnak ki a csillagközi gáz hatalmas felhőiben.
Ez a modell, amely kevesebb, mint 10 év, és amelyet egyes brit csillagászok támasztanak alá, azt jósolja, hogy a csillagközi hidrogénfelhők csomókat képeznek, amelyekben több kis mag - a jövő csillagok magja - képződik. Ezek a magok, kevesebb, mint egy fényév alatt, saját gravitációjuk alatt összeomlanak, és a környező csomóban versenyeznek a gázért, gyakran az eredeti tömeg 10–100-szorosával nyerik a csomót.
Az alternatív modell, amelyet gyakran „gravitációs összeomlás és széttöredezettség” elméletnek neveznek, azt is feltételezi, hogy a felhők csomókban alakulnak ki, ahol proto-csillagok alakulnak ki. De ebben az elméletben a magok nagyok, és bár kisebb darabokra fragmentálódnak, hogy bináris vagy többcsillagos rendszereket képezzenek, szinte az összes tömeget tartalmazzák, amelyet valaha is fognak.
„Versenyképességi szempontból a magok olyan magvak, amelyek csillagossá válnak; képünkben a magok csillagokká alakulnak ”- magyarázta Chris McKee, az UC Berkeley fizika és csillagászat professzora. "Az eddigi megfigyelések, amelyek elsősorban az alacsony tömegű csillagképződés régióira koncentrálnak, mint például a nap, összhangban vannak a modellünkkel és nem állnak összhangban az övékkel."
„A versenyképesség az Európában a csillagképződés nagy elmélete, és most úgy gondoljuk, hogy ez egy halott elmélet” - tette hozzá Richard Klein, az UC Berkeley csillagászatának kiegészítő professzora és az LLNL kutatója.
Mark R. Krumholz, a Princeton Egyetemen ma posztdoktori doktor, McKee és Klein a Nature november 17-i számában jelentette eredményeit.
Mindkét elmélet megpróbálja megmagyarázni, hogy a csillagok miként alakulnak ki a molekuláris hidrogén hideg felhőiben, talán 100 fényév átmérőjűek, és amelyek napja tömegének 100 000-szeresét tartalmazzák. Az ilyen felhőket ragyogó színekkel fényképezték a Hubble és a Spitzer űrteleszkópok, ám a felhők egy vagy több csillagba történő összeomlásának dinamikája messze nem világos. A csillagképződés elmélete kritikus jelentőségű a galaxisok és galaxiscsoportok kialakulásának megértésében - mondta McKee.
"A csillagképződés nagyon gazdag probléma, amely olyan kérdéseket vet fel, hogy hogyan formálódtak olyan csillagok, mint a nap, miért nagyon sok csillag van a bináris csillagrendszerekben, és hogy a csillagok mennyire képezik a nap tömegének tízszázszorosait" - mondta mondott. "A masszív csillagok azért fontosak, mert amikor egy szupernóvában robbannak fel, a legtöbb nehéz elem előállítása, amelyet a körülöttük lévő anyagban látunk."
A versenyképes akkreditációs modellt az 1990-es évek végén keltették fel a gravitációs összeomlás modelljével kapcsolatos problémákra válaszul, amelyeknek látszólag nehézségeik voltak a magyarázattal a csillagok nagyságának kialakulására. Különösen, az elmélet nem tudta megmagyarázni, hogy egy nagy protostár intenzív sugárzása nem pusztítja el a csillag külső rétegeit, és megakadályozza, hogy a csillag nagyobbra nőjön, bár a csillagászok olyan csillagokat fedeztek fel, amelyek a nap tömegének százszorosa.
Míg a teoretikusok, köztük McKee, Klein és Krumholz, tovább fejlesztették a gravitációs összeomlás elméletét a probléma magyarázata felé, addig a versenyképes akkreditációs elmélet egyre inkább ütközik a megfigyelésekkel. Például az akkreditációs elmélet azt jósolja, hogy a barna törpéket, amelyek kudarcos csillagok, kiszedik a csomókból, és elveszítik a körülvevő gáz- és porlemezeiket. Az elmúlt évben azonban számos barna törpét találtak bolygókorongokkal.
"A versenyképes akkreditációs teoretikusok figyelmen kívül hagyták ezeket a megfigyeléseket" - mondta Klein. "Bármely elmélet végső próbája az, hogy mennyiben felel meg a megfigyelésnek, és itt a gravitációs összeomláselmélet tűnik egyértelmű nyertesnek."
A Krumholz, McKee és Klein által használt modell egy szuperszámítógép szimulációja a gáz bonyolult dinamikájának egy mozgó hidrogén kavargó, turbulens felhőjén belül, amikor ráakad a csillagra. Övék az első tanulmány a turbulencia azon hatására, amellyel egy csillag akkumulálja az anyagot, amikor egy gázfelhőn mozog, és lerombolja a „versenyképes akkreditáció” elméletet.
256 párhuzamos processzort alkalmazva a San Diego szuperszámítógép központban, az UC San Diego-ban, majdnem két hétig futtatták a modellüket, hogy megmutatják, hogy pontosan képviseli a csillagképződés dinamikáját.
"Hat hónapon át nagyon, nagyon részletes, nagy felbontású szimulációkon dolgoztunk az elmélet kifejlesztése érdekében" - mondta Klein. "Aztán, miután ezt az elméletet a kezünkben alkalmaztuk, csillagképző régiókra, olyan tulajdonságokkal, amelyek a csillagképző régiótól megvilágíthatók."
A Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium és az LLNL szuperszámítógépein futtatott modellek azt mutatták, hogy a magban és a környező csomóban a turbulencia megakadályozza, hogy az akkreditáció nagy mennyiségű tömeget adjon a protostarhoz.
"Megmutattuk, hogy a turbulencia miatt egy csillag nem képes hatékonyan felhalmozni sokkal több tömeget a környező csomóból" - mondta Klein. „Elméletünkben, ha egy mag összeomlik és feldarabolódik, ennek a csillagnak alapvetően megvan az a tömege, amire valaha lesz. Ha kis tömegű magban született, akkor végül kis tömegű csillag lesz. Ha nagy tömegű magban születik, akkor nagy tömegű csillaggá válhat. "
McKee megjegyezte, hogy a kutatók szuperszámítógép-szimulációja azt jelzi, hogy a versenyképes akkumuláció jól működik kis felhők esetén, nagyon kevés turbulenciával, ám ezek ritkán fordulnak elő, ha egyáltalán nem fordulnak elő, és eddig nem figyeltek meg. A valódi csillagképző régiók sokkal több turbulenciával rendelkeznek, mint amit az akkreditációs modell feltételez, és a turbulencia nem gyorsan romlik, mint azt a modell feltételezi. Néhány ismeretlen folyamat, például az elsődleges csillagokból kifolyó anyag, a gázokat felforgatva tartja úgy, hogy a mag gyorsan ne essen össze.
„A turbulencia ellenzi a gravitációt; anélkül egy molekuláris felhő sokkal gyorsabban esne össze, mint amit megfigyeltünk ”- mondta Klein. „Mindkét elmélet feltételezi, hogy turbulencia létezik. A lényeg az, hogy a csillagok kialakulásakor folyamatban vannak olyan folyamatok, amelyek életben tartják a turbulenciát és megakadályozzák annak romlását. A versenyképes akkumulációs modellnek nincs módja ennek a számításba történő beillesztésére, ami azt jelenti, hogy nem modellezik a valódi csillagképző régiókat. "
Klein, McKee és Krumholz tovább finomítja modelljét, hogy elmagyarázza, hogy a nagy protosztárok által kibocsátott sugárzás miként távozik anélkül, hogy az összes bejövő gázt elfújná. Például bebizonyították, hogy a sugárzás egy része eljuthat az üregeken keresztül, amelyeket a megfigyelt fúvókák hoznak létre, hogy sok csillag pólusaiból jussanak ki a kialakulásuk során. Az elmélet sok előrejelzését megválaszolhatják az építés alatt álló új és nagyobb távcsövek, különösen az érzékeny, nagy felbontású ALMA távcső, amelyet Chilében építenek az Egyesült Államok, az európai és a japán csillagászok konzorciuma, mondta McKee.
A munkát a Nemzeti Repülési és Űrügynökség, a Nemzeti Tudományos Alapítvány és az Energiaügyi Minisztérium támogatta.
Eredeti forrás: UC Berkeley sajtóközlemény
