Як народжуються зірки. Учені створили найбільш реалістичну 3D-модель зореутворення (відео)

У результаті вийшло візуально приголомшливе, математично кероване дива, яке дозволяє глядачам спостерігати барвисту газову хмару в тривимірному просторі, спостерігаючи за появою мерехтливих зірок. Це стало можливим завдяки комп'ютерній симуляції, що отримала назву STARFORGE, яка вперше змоделювала газову хмару, у 100 разів потужнішу, ніж створювали раніше, повідомляє Phys

Це також перша симуляція, яка одночасно моделює зореутворення, еволюцію і динаміку з урахуванням зіркових реакцій, включаючи зоряні потоки, випромінювання, вітер і активність прилеглих наднових. У той час як інші симуляції включають окремі типи зіркових реакцій, STARFORGE об'єднує їх, щоб моделювати, як ці різні процеси взаємодіють, впливаючи на зореутворення.

Використовуючи цю віртуальну лабораторію, учені прагнуть отримати відповіді на давні запитання, у тому числі: чому зореутворення відбувається повільно і неефективно, що визначає масу зірки і чому зірки мають тенденцію об'єднаються в скупчення.

Учені вже використовували STARFORGE, щоб виявити, що протозоряні струмені, високошвидкісні потоки газу, які супроводжують зореутворення, відіграють життєво важливу роль у визначенні маси зірки. Обчисливши точну масу зірки, дослідники можуть визначити її яскравість і внутрішні механізми, а також зробити більш точні прогнози щодо її смерті.

"Учені моделюють зореутворення вже кілька десятиліть, але STARFORGE — це квантовий стрибок у технологіях", — говорить Майкл Грудіч з Північно-Західного університету. "Інші симуляції могли змоделювати лише крихітну ділянку хмари, де формуються зірки, а не вся хмара з високою роздільною здатністю. Не бачачи загальної картини, ми втрачаємо безліч факторів, які можуть вплинути на результат".

"Як формуються зірки — це дуже важливе питання в астрофізиці", — говорить Клод-Андре Фошер-Жигер з Північно-Західного університету. "Це було дуже складне питання для вивчення через цілого ряду залучених фізичних процесів. Це нове моделювання допоможе нам безпосередньо відповісти на фундаментальні питання, на які ми не могли дати остаточної відповіді раніше".

Від початку до кінця зореутворення займає десятки мільйонів років. Таким чином, астрономи, спостерігаючи за нічним небом, не можуть побачити всього процесу.

"Коли ми спостерігаємо утворення зірок у будь-якому заданому регіоні, усе, що ми бачимо, — це застиглі в часі місця зореутворення", — говорить Грудіч. "Зірки також утворюються в хмарах пилу, тому вони в основному приховані".

Щоб астрофізики могли побачити повний динамічний процес зореутворення, вони повинні покладатися на симуляції. Для розробки STARFORGE вчені об'єднали обчислювальний код для безлічі явищ у фізиці, включаючи газову динаміку, магнітні поля, гравітацію, нагрівання та охолодження, а також процеси зоряної реакції.

Ця симуляція показує масу газу, що в десятки або мільйони разів перевищує масу Сонця, яка плаває в галактиці. У міру розвитку газової хмари вона утворює структури, які руйнуються і розпадаються на частини, які в кінцевому підсумку утворюють окремі зірки. Як тільки зірки утворюються, вони запускають струмені газу назовні з обох полюсів, пробиваючи навколишню хмара. Процес закінчується, коли не залишається газу для утворення зірок.

STARFORGE вже допоміг ученим відкрити принципово нове розуміння зореутворення. Коли дослідники провели моделювання без урахування газових потоків, зірки виявилися занадто великими, що в 10 разів перебільшує масу Сонця. Після додавання потоків у симуляцію маси зірки стали набагато більш реалістичними — менше половини маси Сонця.

Крім глибшого розуміння зірок, Грудіч і Фошер-Жигер вважають, що STARFORGE може допомогти нам дізнатися більше про Всесвіт і навіть про самих себе.

"Розуміння формування галактик залежить від припущень про зореутворення", — говорить Грудіч. "Якщо ми зможемо зрозуміти, як формуються зірки, то ми зможемо зрозуміти, як формуються галактики. А, отримавши більше знань про формування галактик, ми зможемо більше зрозуміти, як влаштований Всесвіт. Розуміння того, звідки ми прийшли і яке наше місце у Всесвіті, у кінцевому підсумку залежить від розуміння процесу походження зірок".