Филийка чрез 3-D симулация на турбулентна буца молекулен водород. Кредит за изображение: Марк Крумхолц. Щракнете за уголемяване
Астрофизиците от Калифорнийския университет, Бъркли и Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) експлодираха една от двете конкуриращи се теории за това как звездите се образуват в огромни облаци от междузвезден газ.
Този модел, който е на по-малко от 10 години и е подкрепян от някои британски астрономи, прогнозира, че междузвездните водородни облаци развиват бучки, в които се образуват няколко малки ядра - семената на бъдещите звезди. Тези ядра, по-малко от светлинна година в целия, се сриват под собствената си гравитация и се състезават за газ в заобикалящата струпа, като често печелят от 10 до 100 пъти първоначалната си маса от бучката.
Алтернативният модел, често наричан теорията за „гравитационен срив и фрагментация“, също предполага, че облаците развиват бучки, в които се образуват протозвездни ядра. Но в тази теория ядрата са големи и, макар че могат да се фрагментират на по-малки парчета, за да образуват двоични или множество звездни системи, съдържат почти цялата маса, която някога ще има.
„В конкурентното нарастване ядрата са семена, които растат, за да станат звезди; в нашата картина сърцевините се превръщат в звезди “, обясни Крис Макки, професор по физика и астрономия в UC Berkeley. „Досегашните наблюдения, които се фокусират предимно върху райони на образуване на звезди с ниска маса, като слънцето, са в съответствие с нашия модел и несъвместими с техните.“
„Конкурентното нарастване е голямата теория за образуването на звезди в Европа и сега смятаме, че това е мъртва теория“, добави Ричард Клайн, помощник професор по астрономия в UC Berkeley и изследовател в LLNL.
Марк Р. Крумхолц, понастоящем докторант от Принстънския университет, Макки и Клайн докладват за своите открития в броя на Nature от 17 ноември.
И двете теории се опитват да обяснят как звездите се образуват в студени облаци от молекулен водород, може би 100 светлинни години и съдържащи 100 000 пъти повече от масата на нашето слънце. Такива облаци са заснети в блестящ цвят от космическите телескопи Хъбъл и Спицер, но динамиката на срива на облака в една или много звезди далеч не е ясна. Теорията за образуването на звезди е от решаващо значение за разбирането на това как се образуват галактики и струпвания на галактики, каза Макки.
„Образуването на звезди е много богат проблем, включващ въпроси като например как се образуват звезди като слънцето, защо много голям брой звезди са в двоични звездни системи и как звездите са десет до сто пъти по-големи от масата на слънчевата форма“, каза той казах. "По-масивните звезди са важни, защото, когато избухнат в свръхнова, те произвеждат повечето от тежките елементи, които виждаме в материала около нас."
Моделът на конкурентно нарастване се излюпи в края на 90-те години на миналия век в отговор на проблемите с гравитационния модел на срив, който изглежда имаше проблеми с обяснението как се образуват големи звезди. По-специално, теорията не би могла да обясни защо интензивното излъчване от голяма протостар не просто издухва външните слоеве на звездата и не й позволява да се увеличава, въпреки че астрономите са открили звезди, които са 100 пъти по-големи от масата на Слънцето.
Докато теоретиците, сред които Макки, Клайн и Крумхолц, са напреднали теорията на гравитационния срив по-далеч към обяснението на този проблем, теорията на конкурентното нарастване все повече влиза в конфликт с наблюденията. Например, теорията за нарастването прогнозира, че кафявите джуджета, които са неуспешни звезди, се изхвърлят от бучки и губят обкръжаващите си дискове с газ и прах. През последната година обаче са открити многобройни кафяви джуджета с планетарни дискове.
„Теоретиците за конкурентно нарастване пренебрегнаха тези наблюдения“, каза Клайн. "Крайният тест на всяка теория е доколко тя е съгласна с наблюдението и тук теорията за гравитационния срив изглежда е ясен победител."
Моделът, използван от Krumholz, McKee и Klein, е суперкомпютърна симулация на сложната динамика на газа във въртеливия, бурен облак от молекулен водород, който се натрупва върху звезда. Те са първото проучване на ефекта на турбулентността върху скоростта, с която звездата натрупва материята, докато се движи през газов облак, и разрушава теорията за „конкурентното нарастване“.
Използвайки 256 паралелни процесора в суперкомпютърния център на Сан Диего в UC San Diego, те управляваха своя модел в продължение на почти две седмици, за да покажат, че той точно представя динамиката на формиране на звезди.
„Шест месеца работихме върху много, много подробни симулации с висока разделителна способност, за да развием тази теория“, каза Клайн. "Тогава, като имаме тази теория в ръка, я приложихме към области, образуващи звезди, със свойствата, които човек може да извлече от регион, образуващ звезда."
Моделите, които също бяха пуснати на суперкомпютри в Националната лаборатория на Лорънс Бъркли и LLNL, показаха, че турбулентността в ядрото и заобикалящата клетка ще попречи на аккрецията да добави много маса към протостар.
„Показахме, че поради турбуленция една звезда не може ефективно да натрупа много по-голяма маса от заобикалящата я бучка“, каза Клайн. „В нашата теория, след като ядро се срути и откъсне, тази звезда в основата си има цялата маса, която някога ще има. Ако е роден в ядро с ниска маса, то в крайна сметка ще бъде звезда с ниска маса. Ако е роден в ядро с висока маса, може да се превърне в звезда с висока маса. "
Макки отбеляза, че суперкомпютърната симулация на изследователите показва, че конкурентното нарастване може да работи добре за малки облаци с много малка турбулентност, но те рядко, ако изобщо се появяват, и не са наблюдавани досега. Реалните региони за образуване на звезди имат много повече турбулентност, отколкото се предполага в модела на нарастване, а турбулентността не бързо се разпада, както предполага този модел. Някои неизвестни процеси, може би материя, изтичаща от протостар, поддържат газовете навити, така че сърцевината да не се разпада бързо.
„Турбуленцията се противопоставя на гравитацията; без него молекулярният облак би се сринал далеч по-бързо, отколкото се наблюдава “, каза Клайн. „И двете теории приемат, че има турбуленция. Ключът е (това), че протичат процеси, когато звездите започват да се образуват, които поддържат турбулентността жива и не позволяват да се разпадне. Моделът на конкурентно нарастване няма никакъв начин да включи това в изчисленията, което означава, че те не моделират реални области, формиращи звезди. "
Клайн, Макки и Крумхолц продължават да усъвършенстват своя модел, за да обяснят как радиацията от големи протостари избягва, без да издуха целия падащ газ. Например, те показаха, че част от радиацията може да избяга през кухини, създадени от струите, наблюдавани, за да излязат полюсите на много звезди във формация. Много прогнози на теорията могат да отговорят на новите и по-големи телескопи, които вече са в процес на изграждане, по-специално чувствителният телескоп ALMA с висока разделителна способност, който се конструира в Чили от консорциум от астрономи от САЩ, европейски и японски страни, заяви Макки.
Работата беше подкрепена от Националната администрация по аеронавтика и космическо пространство, Националната научна фондация и Министерството на енергетиката.
Оригинален източник: UC Berkeley News Release
