science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Eerste simulatie van gigantische moleculaire wolken voor stervorming die jets, straling, winden, supernova's omvat

Een afbeelding in valse kleuren van stervorming in de gigantische moleculaire wolk Rho Ophicucus, zoals gezien in het infrarood door Wide-field Infrared Survey Explorer; het gezichtsveld beslaat ongeveer 14 lichtjaar. Stervorming is een ingewikkeld proces waarbij veel fysieke effecten samenwerken over een breed scala van afstands- en tijdschalen. Astronomen hebben de eerste succesvolle simulatie van gigantische moleculaire wolken ontwikkeld die de vorming van individuele sterren over ongeveer acht miljoen jaar en over meerdere schalen volgt. Het bevat feedbackmechanismen zoals jets, straling, wind en supernova's, en bouwt voort op eerdere codes die zwaartekracht, magnetische velden en turbulentie omvatten. Krediet:NASA, JPL-Caltech, WISE

Stervorming is misschien wel het belangrijkste proces in het universum. Tijdens hun leven, en daarna met hun dood, produceren sterren alle chemische elementen behalve waterstof en helium (geproduceerd in de oerknal). In hun jeugd voeden sterren de geboorte van planeten en kleinere lichamen, en hun ondergang resulteert in supernova's, superdichte lichamen zoals zwarte gaten, neutronensterren of witte dwergen en nevels.

Sterren stralen hun overvloedige energie de kosmos in op golflengten over het hele spectrum, waardoor de oppervlakken van planeten worden verwarmd, de interstellaire chemie wordt vergemakkelijkt en sterrenstelsels in alle kosmische tijdperken worden verlicht. Stervorming, door de locaties, abundanties en relatieve massa's van sterren te bepalen, reguleert het palet van de lucht en zijn regenboog van attributen.

Sterren in het universum ontstaan, althans in ons huidige tijdperk, wanneer massieve wolken met moleculair gas instorten via zwaartekracht. Maar in de Melkweg is dit proces erg inefficiënt; slechts ongeveer 1% van het beschikbare materiaal komt in een ster terecht. Astronomen denken dat een van de redenen is dat stervormende kernen zich niet kunnen ontwikkelen door de uitwaartse druk van turbulente supersonische gasbewegingen (dat wil zeggen gas dat sneller beweegt dan de geluidssnelheid) en door uitstromen van supernova's, winden of jets geproduceerd door een eerdere generatie van sterren. Dit is tenminste het beeld voor sterren met een lage massa.

Waarnemingen van jonge massieve sterren suggereren echter soms de tegenovergestelde conclusie, namelijk dat sterren met een hoge massa precies daar ontstaan ​​waar gasturbulentie de ontwikkeling van sterren met een lage massa verhindert totdat er voldoende massa is verzameld om massieve sterren geboren te laten worden. De vele complexe, met elkaar verweven fysieke processen die hierbij betrokken zijn, laten veel puzzels achter, waaronder waarom sterren zich met een lage efficiëntie vormen, waarom ze de specifieke massa hebben die ze hebben, waarom en hoe ze zich in clusters vormen, en waarom sommige zich in meerdere systemen bevinden en andere niet. .

Computersimulaties kunnen fundamentele inzichten verschaffen in deze vragen. Astronomen zijn al tientallen jaren bezig hun codes te verfijnen en te vergelijken met waarnemingen. De taak is ontmoedigend:er zijn niet alleen veel verschillende fysieke processen aan het werk, ze beïnvloeden elkaar, terwijl kritische stappen plaatsvinden over ruimtelijke schalen van honderden lichtjaren tot de onmiddellijke nabijheid van de embryonale ster, en tijdschalen van miljoenen jaren tot dagen. Een realistische simulatie van stervorming moet dit alles op de een of andere manier nauwkeurig verklaren.

CfA-astronoom Anna Rosen en haar collega's hebben de eerste gigantische moleculaire wolkensimulatie ontwikkeld die de vorming van individuele sterren en hun feedback van jets, straling, wind en supernova's volgt. Het bouwt voort op hun eerdere codes die zwaartekracht, magnetische velden en turbulentie omvatten, maar die een onrealistisch hoge stervormingsefficiëntie opleverden en een overmaat aan massieve sterren produceerden.

De nieuwe numerieke simulatie volgt de stervorming in een wolk gedurende ongeveer 8 miljoen jaar, met behulp van ongeveer 160 miljoen stappen, sommige gescheiden door tijden van slechts een dag. Het omzeilt de gebreken van eerdere codes, maar behoudt de algehele consistentie met hun nauwkeurigere resultaten. Het komt ook tot belangrijke conclusies, waaronder dat protostellaire jets een dominante bron van feedback zijn die de geboorte van sterren remt - feedback van supernova's vindt te laat in de geboortecyclus plaats om de ontwikkeling van andere sterren in de kinderkamer ernstig te verstoren.

Gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , is deze mijlpaalprestatie de eerste numerieke simulatie van welke aard dan ook om de vorming van een stellaire cluster te modelleren terwijl de vorming, accretie, beweging, evolutie en feedback van individuele sterren en protosterren worden gevolgd, met feedback van alle belangrijke kanalen:protostellaire jets, stellaire winden, stellaire straling en supernova's die instorten. + Verder verkennen

'Yoyo-sterren' verantwoordelijk voor kosmische bubbels buiten het centrum