Как рождаются звезды. Ученые создали самую реалистичную 3D-модель звездообразования (видео)

В результате получилось визуально ошеломляющее, математически управляемое чудо, которое позволяет зрителям наблюдать красочное газовое облако в трехмерном пространстве, наблюдая за появлением мерцающих звезд. Это стало возможным благодаря компьютерной симуляции, получившей название STARFORGE, которая впервые смоделировала газовое облако, в 100 раз более массивное, чем создавали ранее, сообщает Phys

Это также первая симуляция, которая одновременно моделирует звездообразование, эволюцию и динамику с учетом звездных реакций, включая звездные струи, излучение, ветер и активность близлежащих сверхновых. В то время как другие симуляции включают отдельные типы звездных реакций, STARFORGE объединяет их, чтобы моделировать, как эти различные процессы взаимодействуют, влияя на звездообразование.

Используя эту виртуальную лабораторию, ученые стремятся получить ответы давно задаваемые вопросы, в том числе почему звездообразование происходит медленно и неэффективно, что определяет массу звезды и почему звезды имеют тенденцию объединятся в скопления.

Ученые уже использовали STARFORGE, чтобы обнаружить, что протозвездные струи, высокоскоростные потоки газа, сопровождающие звездообразование, играют жизненно важную роль в определении массы звезды. Вычислив точную массу звезды, исследователи могут определить ее яркость и внутренние механизмы, а также сделать более точные прогнозы относительно ее смерти.

"Ученые моделируют звездообразование уже пару десятилетий, но STARFORGE — это квантовый прыжок в технологиях", — говорит Майкл Грудич из Северо-Западного университета. "Другие симуляции могли смоделировать только крошечный участок облака, где формируются звезды, а не все облако в высоком разрешении. Не видя общей картины, мы упускаем множество факторов, которые могут повлиять на результат".

"Как формируются звезды – это очень важный вопрос в астрофизике", — говорит Клод-Андре Фошер-Жигер из Северо-Западного университета. "Это был очень сложный вопрос для изучения из-за целого ряда задействованных физических процессов. Это новое моделирование поможет нам напрямую ответить на фундаментальные вопросы, на которые мы не могли дать окончательного ответа раньше".

От начала до конца звездообразование занимает десятки миллионов лет. Таким образом, астрономы наблюдая за ночным небом, не могут увидеть весь процесс.

"Когда мы наблюдаем образование звезд в любом заданном регионе, все, что мы видим, — это застывшие во времени места звездообразования", — говорит Грудич. "Звезды также образуются в облаках пыли, поэтому они в основном скрыты".

Чтобы астрофизики могли увидеть полный динамический процесс звездообразования, они должны полагаться на симуляции. Для разработки STARFORGE ученые объединили вычислительный код для множества явлений в физике, включая газовую динамику, магнитные поля, гравитацию, нагрев и охлаждение, а также процессы звездной реакции.

Данная симуляция показывает массу газа, в десятки или миллионы раз превышающую массу Солнца, плавающую в галактике. По мере развития газового облака оно образует структуры, которые разрушаются и распадаются на части, которые в конечном итоге образуют отдельные звезды. Как только звезды образуются, они запускают струи газа наружу с обоих полюсов, пробивая окружающее облако. Процесс заканчивается, когда не остается газа для образования звезд.

STARFORGE уже помог ученым открыть принципиально новое понимание звездообразования. Когда исследователи провели моделирование без учета газовых потоков, звезды оказались слишком большими, в 10 раз больше массы Солнца. После добавления потоков в симуляцию массы звезд стали намного более реалистичными — менее половины массы Солнца.

Помимо более глубокого понимания звезд, Грудич и Фошер-Жигер считают, что STARFORGE может помочь нам узнать больше о Вселенной и даже о самих себе.

"Понимание формирования галактик зависит от предположений о звездообразовании", — говорит Грудич. "Если мы сможем понять, как формируются звезды, то мы сможем понять, как формируются галактики. А, получив больше знаний о формировании галактик, мы сможем больше понять, как устроена Вселенная. Понимание того, откуда мы пришли и какое наше место н во Вселенной, в конечном итоге зависит от понимания процесса происхождения звезд".