Viil läbi molekulaarse vesiniku turbulentse klombi 3D-simulatsiooni. Pildikrediit: Mark Krumholz. Pilt suuremalt
California Berkeley ülikooli ja Lawrence Livermore'i riikliku labori (LLNL) astrofüüsikud on avastanud ühe kahest konkureerivast teooriast selle kohta, kuidas tähed moodustuvad tähtedevaheliste gaaside tohututes pilvedes.
See vähem kui 10 aastat vana mudel, mida võidavad mõned Briti astronoomid, ennustab, et tähtedevahelistes vesinikupilvedes tekivad tükid, milles moodustuvad mitu väikest südamikku - tulevaste tähtede seemned. Need tuumad varisevad vähem kui ühe aasta jooksul kokku oma raskuse mõjul ja konkureerivad ümbritsevas kogumis gaasi pärast, saades klombist sageli 10–100-kordse algse massi.
Alternatiivne mudel, mida sageli nimetatakse "gravitatsioonilise kokkuvarisemise ja killustatuse" teooriaks, eeldab samuti, et pilvedes tekivad klombid, milles moodustuvad algtähelised tuumad. Kuid selles teoorias on tuumad suured ja ehkki nad võivad killustuda väiksemateks tükkideks, moodustades binaarsed või mitmetähelised süsteemid, sisaldavad nad peaaegu kogu massi, mida nad kunagi saavad.
„Konkurentsivõimelised tuumad on seemned, mis kasvavad tähtedeks; meie pildil muutuvad südamikud tähtedeks, ”selgitas UC Berkeley füüsika ja astronoomia professor Chris McKee. "Senised vaatlused, mis keskenduvad peamiselt väikese massiga tähtede moodustumise piirkondadele, nagu päike, on kooskõlas meie mudeliga ja vastuolus nende omadega."
"Konkurentsivõime on tähtkujude moodustamise suur teooria Euroopas ja arvame, et see on surnud teooria," lisas UC Berkeley astronoomia abiprofessor ja LLNL-i teadlane Richard Klein.
Mark R. Krumholz, nüüd Princetoni ülikooli järeldoktor, McKee ja Klein teatavad oma leidudest 17. novembri väljaandes Nature.
Mõlemad teooriad püüavad selgitada, kuidas tähed moodustuvad külmas molekulaarse vesiniku pilves, võib-olla 100 valgusaasta kaugusel ja mis sisaldavad meie päikese massi 100 000-kordselt. Selliseid pilvi on Hubble'i ja Spitzeri kosmoseteleskoobid fotografeerinud erksavärvilistes värvides, kuid pilve varisemise dünaamika üheks või mitmeks täheks pole kaugeltki selge. Tähtede moodustumise teooria on kriitiline galaktikate ja galaktikate klastrite moodustumise mõistmiseks, ütles McKee.
"Tähtede moodustumine on väga rikkalik probleem, mis hõlmab selliseid küsimusi nagu see, kuidas moodustusid tähed nagu päike, miks on binaarses tähesüsteemis väga palju tähti ja kuidas tähed moodustavad päikese massi kümme kuni sada korda," ütles. "Massiivsemad tähed on olulised, kuna supernoovas plahvatades tekitavad nad suurema osa rasketest elementidest, mida meie ümbritsevas materjalis näeme."
Konkurentsivõimelise mudeli koorumine toimus 1990ndate lõpus vastusena gravitatsioonilise kokkuvarisemise mudeli probleemidele, millel tundus olevat raskusi suurte tähtede moodustumise selgitamisel. Täpsemalt, see teooria ei suutnud selgitada, miks suure protostari intensiivne kiirgus ei puhuta lihtsalt tähe väliskihte ära ega takista selle suuremaks muutumist, ehkki astronoomid on avastanud tähed, mis on 100 korda suuremad kui päikese mass.
Kui teoreetikud, nende hulgas McKee, Klein ja Krumholz, on gravitatsioonilise kokkuvarisemise teooriat selle probleemi selgitamise suunas edasi arendanud, on konkurentsipõhine teooria üha enam vaatlustega vastuollu sattunud. Näiteks ennustatakse akretsiooniteooria kohaselt, et pruunid kääbused, mis on läbikukkunud tähed, visatakse kobaratest välja ja kaotavad ümbritsevad gaasi- ja tolmukettad. Möödunud aastal on aga planeedi ketastega leitud arvukalt pruune kääbuseid.
"Konkurentsivõimelisuse teoreetikud on neid tähelepanekuid ignoreerinud," sõnas Klein. "Mis tahes teooria ülim proov on see, kui hästi see vaatlusega kokku sobib ja siin näib gravitatsioonilise kokkuvarisemise teooria olevat selge võitja."
Krumholzi, McKee ja Kleini kasutatud mudel on gaasi keeruka dünaamika simulatsioon keeruvas turbulentses molekulaarse vesiniku pilves, kui see akumuleerub tähega. Nende oma on esimene uuring turbulentsi mõjust kiirusele, millega täht aine gaasipilves liikudes kiirgab, ja see lammutab „konkurentsi soodustamise” teooria.
Töötades 256 paralleelset protsessorit UC San Diego San Diego superarvuti keskuses, käitasid nad oma mudelit ligi kaks nädalat, et näidata, et see tähistab täpselt tähtede moodustumise dünaamikat.
"Kuue kuu jooksul töötasime selle teooria väljatöötamiseks väga, väga üksikasjalike ja kõrge eraldusvõimega simulatsioonide kallal," ütles Klein. "Siis, kui see teooria oli käes, rakendasime seda tähtede moodustavatele piirkondadele, millel on omadused, mida võiks tähtedest moodustavast piirkonnast välja hiilida."
Mudelid, mida käitati ka superarvutites Lawrence Berkeley Riiklikus Laboris ja LLNL-is, näitasid, et turbulents tuumas ja seda ümbritsevas tükis takistab akrimineerimisel lisada palju massi protostarile.
"Oleme näidanud, et turbulentsi tõttu ei saa täht ümbritsevast kobarast tõhusamalt palju suuremat massi koguneda," ütles Klein. „Meie teoorias on nii, et kui tuum variseb ja killustub, siis on sellel tähel põhimõtteliselt kogu mass, mida ta kunagi saab. Kui see on sündinud väikese massiga tuumas, saab see lõpuks väikese massiga täheks. Kui see on sündinud suure massiga tuumas, võib sellest saada suure massiga täht. ”
McKee märkis, et teadlaste superarvuti simulatsioon näitab, et konkurentsivõime võib väikeste pilvede korral, millel on väga väike turbulents, hästi toimida, kuid neid esineb harva, kui üldse, ja neid pole seni täheldatud. Päris tähtede moodustumise regioonidel on palju rohkem turbulentsi, kui akrediteerimismudelis eeldatakse, ja turbulents ei lagune kiiresti, nagu see mudel eeldab. Mõni tundmatu protsess, võib-olla protostaaridest välja voolav aine, hoiab gaasid üles keeratud, nii et tuum ei kukuks kiiresti kokku.
„Turbulents on gravitatsiooni vastu; ilma selleta kukuks molekulaarpilv märksa kiiremini kui täheldatud, ”sõnas Klein. „Mõlemad teooriad eeldavad, et turbulents on olemas. Põhiline on see, et tähtede moodustumisel toimuvad protsessid, mis hoiavad turbulentsi elus ja hoiavad selle lagunemist ära. Konkurentsivõimelisuse mudelil puudub igasugune võimalus seda arvutustes kasutada, mis tähendab, et nad ei modelleeri reaalseid tähte moodustavaid piirkondi. "
Klein, McKee ja Krumholz jätkavad oma mudeli täiustamist, et selgitada, kuidas suurte protostaaride kiirgus pääseb ilma kogu sissetulevat gaasi puhumata. Näiteks on nad näidanud, et osa kiirgusest pääseb õõnsustesse, mille on loonud düüsid, mis tulevad välja paljude moodustuvate tähtede poolustest. Paljudele teooria ennustustele võivad vastata uued ja suuremad ehitamisel olevad teleskoobid, eriti tundlik ja kõrge eraldusvõimega ALMA teleskoop, mille Tšiilis ehitab USA, Euroopa ja Jaapani astronoomide konsortsium, ütles McKee.
Tööd toetasid Riiklik Aeronautika- ja Kosmosevalitsus, Riiklik Teadusfond ja energeetikaosakond.
Algne allikas: UC Berkeley pressiteade
