Від хмар до комп'ютерної симуляції: як народжуються зірки?

Чи багато ми знаємо у тому, як формуються зірки?І якими були перші світила, що утворилися незабаром після народження Всесвіту? Дослідники сподіваються, що новий космічний телескоп Джеймса Інтернет дозволить отримати відповіді на багато питань, але перші знімки світ побачить не раніше липня. І все-таки, дещо ми знаємо точно, наприклад, як закінчується життя наднових зірок. Їхні вибухи прискорюють космічний кругообіг народження та розпаду матерії. І є фабрикою хімічних елементів, з яких складається світ навколо нас. Щоб розібратися в непростій зірковій еволюції, вчені створюють комп'ютерні моделі, що враховують багато різних факторів одночасно. Нещодавно астрономи з обсерваторії Карнегі в Каліфорнії дійшли цікавого висновку - формування деяких зірок може займати більше часу, ніж раніше. Але чому і який висновок із цього випливає? Спробуємо розібратися.

Спостерігаємо за найкращою в історії симуляцією зірок, що народжуються в космічній хмарі

Хмари із зоряного пилу

Вважається, що для народження зірок потрібні газ, пилта гравітація. Неозброєним поглядом бачимо лише світіння Чумацького Шляху – сукупне світло мільярдів зірок на диску нашої Галактики. Завдяки оптичним та радіоспостереженням ми знаємо, що у Всесвіті багато газу, а зоряний пил поширений повсюдно. Цей пил складається з мікроскопічних мінеральних елементів, таких як кремній, магній, залізо та інших металів, а також вуглецю в різних формах.

І хоча міжзоряний пил може розсіюватися тонкимшаром, вона утворює щільні хмари, які утримують тепло, що походить від прилеглих зірок. Завдяки радіоспостереженню ми знаємо, що ці хмари заповнені молекулами навіть невідомими нам, тому що їх просто немає на Землі. А ось у космосі місця достатньо.

Крабовидна туманність

Коли ж зірка добігає кінця свого шляху і вибухає, відбувається зіткнення газопилових хмар, що перетворює їх на турбулентні скупчення, усередині яких утворюються нові зіркиТак, справжніми експонатами є газоподібні, пилові та дифузні туманності. Вони виникають там, де міжзоряні хмари знаходяться в безпосередній близькості від гарячих зірок із температурою понад 26 000 Кельвінів або близько того.

Вам буде цікаво: Вчені вбивають зірки в комп'ютерній симуляції. Але навіщо?

Ультрафіолетове випромінювання, що випускаєтьсясвітилами може руйнувати молекули, що змушує міжзоряний газ світитися. Глибоко всередині залишку наднової Крабовидної туманності (M1) знаходиться її серце, що б'ється: пульсар, що залишився після того, як його масивна зірка-прародителька нарешті припинила ядерний синтез і загинула.

Ці скупчення повільно випаровуються, а їхскладники з часом розсіюються. Дослідники вважають, що наше Сонце, можливо, народилося в одному з таких скупчень. Крім того, більша частина цієї дії відбувається всередині великих темних хмар і невидима доти, поки зоряне випромінювання та вітри не розсіють батьківські хмари пилу.

Молекулярні хмари також називають зірковою колискою (у разі, якщо у ньому народжуються зірки)

Цікавий факт
Коли нова протозірка стискається під дієюсили тяжіння, її ядро ​​нагрівається. Зрештою, температура стає досить високою, щоб ініціювати ядерні реакції, в яких чотири атоми водню перетворюються на наступний більш важкий атом, гелій з невеликою втратою маси (m). Отже, енергія (E) створюється відповідно до знаменитого співвідношення Ейнштейна E= mc2 (c – швидкість світла).

Дивно, але безліч зірок часто утворюєтьсяприблизно в той самий час, а їх взаємна гравітація пов'язує їх у відкрите скупчення з великим діапазоном мас, таке як Плеяди (M45) або Вулик (M44). Згодом ці скупчення віком понад 600 мільйонів років почнуть повільно віддалятися один від одного.

Зірки та комп'ютерні моделі

Хоча основний процес зореутворення добревивчений, питань, як і раніше, багато. У спробах отримати більше інформації, вчені звертаються за допомогою до комп'ютерних моделей гігантських молекулярних хмар (GMCS). А отримані дані натякають, що нам, можливо, доведеться переглянути наше розуміння формування зірок.

Хмари – їх ще називають зірковими розплідниками – містять переважно молекули водню. Їх маса щонайменше 10 000 разів перевищує масу нашого Сонця, а діаметр становить від 15 до 650 світлових років.

Всередині таких хмар молекули водню починаютьзбиратися разом. А коли скупчення досягають певної густини, запускається процес формування зірок. Автори дослідження, опублікованого в журналі Nature, запустили одну із передових симуляцій гігантських молекулярних хмар.

Ніщо не вічне у Всесвіті, навіть зірки

Їхня комп'ютерна модель відслідковує 9 мільйонів років еволюції в зірковому розпліднику – гігантській молекулярній хмарі, в якій народжуються зірки.

Розроблена симуляція враховує основніфізичні механізми зворотного зв'язку, такі як зоряні вітри, магнітні поля та гравітація. Точкою відліку є хмара, початкова маса якої у 20 000 разів перевищує масу нашого Сонця, а діаметр становить 65 світлових років. У міру просування моделювання формуються яскравіші та масивніші зірки, маса яких більш ніж у 10 разів перевищує масу нашого Сонця.

Більше по темі: Чумацький Шлях "викидає" із себе зірки

Життя і смерть на просторах Всесвіту

Моделювання тривало близько 9 мільйонів років і добігло кінця невдовзі після того, як одна з перших зірок, утворених хмарою, спалахнула надновою. За цей час утворилося приблизно 1000 нових зірок. Автори роботи дійшли висновку, що для повноцінного формування зірок можуть знадобитися від 1 до 3 мільйонів років, тобто значно довше, ніж вважалося раніше.

Зіркоутворення – справа складна.Воно включає безліч різноманітних процесів, що діють разом. Наше завдання полягає в тому, щоб поєднати всі різні інгредієнти та отримати результат, який справді схожий на реальність, – пишуть дослідники.

Нові зірки народжуються завдяки смерті наднових. У Всесвіті все взаємозв'язково

Надалі розроблену модель можнавикористати для детального вивчення зоряної еволюції. Наприклад, для відстеження зірки у часі, щоб побачити, звідки спочатку взялася її маса. Змінюючи обмеження, дослідники можуть скласти точнішу картину того, які фізичні механізми найбільш важливі у зіркоутворенні.

Це цікаво: Симуляція чи реальність? Фізики вважають, що Всесвіт здатний до самонавчання

Уважно подивившись симуляцію, ми побачимовеличезна хмара космічного газу - приблизно 20 парсеків або 65 світлових років у поперечнику - яке колапсує, утворюючи нові зірки. Білі ділянки вказують на щільніші області газу, включаючи молоді зірки.

Турбулентність усередині хмари створює щільніосередки, що руйнуються, утворюючи нові світила. Потім ці зірки випромінюють і зіркові вітри, вибухаючи надновими. Зрештою, ці явища здувають останні залишки хмари та залишають по собі цілий сад молодих зірок.

Сам процес займає мільйони років або місяці обчислювального часу, якщо справа стосується комп'ютерних моделей.

Народження зірок пов'язане з їхньою смертю – вонивибухнули, щоб сьогодні ви читали цю статтю. Сама що не є поезія науки, згодні? Відповідь чекатимемо тут і в коментарях до цієї статті. Зірки загинули заради нас і це не просто слова.