Найдосконаліше натепер комп’ютерне моделювання показало: утворення зір — це саморегульований процес.
Науковці з’ясували, що саме визначає маси зір, — таємницю, яка десятиліттями цікавила астрофізиків. Їхня відповідь? Самі зорі.
Використовуючи дуже докладне моделювання, група науковців зробила проривне відкриття: утворення зір є саморегульованим процесом. Це знання може дати змогу дослідникам зрозуміти утворення зір у близьких і далеких галактиках.
Результати дослідження оприлюднив журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society («Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства» — Ред.). До групи входять експерти з Техаського університету в Остіні, Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, обсерваторії Карнегі, Північно-Західного університету та Каліфорнійського технологічного інституту.
Зорі утворюються в гігантських хмарах, які складаються з холодного газу та пилу. Гравітація повільно скупчує віддалені частинки газу та пилу, спричиняючи утворення щільних згустків. З часом в таких згустках речовина починає падати до центра. При цьому газ і пил стискаються до високих значень густини, а температура зростає до такої міри, що з’являється тепло. Таким є початок народження нової зорі.
Кожну з цих «протозір» оточує диск газу та пилу, що обертається. Кожна планета Сонячної системи колись була цяткою в такому диску навколо новонародженого Сонця. Чи можуть планети, що обертаються навколо зорі, бути придатними для життя, залежить від маси зорі та способу її формування. Тому розуміння утворення зір має вирішальне значення для визначення того, де у Всесвіті може виникати життя.
«Зорі — це атоми галактики», — сказала Стелла Оффнер (Stella Offner), доцент астрономії Коледжу природничих наук Техаського університету в Остіні та Інституту обчислювальної техніки та наук Одена. «Їх розподіл за масою визначає, чи народяться планети і чи може виникнути життя».
Кожна галузь астрономії потребує знання про розподіл маси зір — того, що ми називаємо початковою функцією маси (initial mass function, IMF). Без точного значення цього параметра складно побудувати правильну модель утворення зорі. Набагато масивніших, ніж Сонце, зір мало — їх лише 1% від усієї кількості новонароджених. І на кожну з таких зір припадає до 10 сонцеподібних зірок і 30 карликових зір. Спостереження виявили, що незалежно від того, куди ми дивимося в Молочному Шляху, це співвідношення (тобто IMF) однакове як для новоутворених зоряних скупчень, так і для тих, яким мільярди років.
Це таємниця початкової функції маси. Кожна популяція зір у нашій галактиці та в усіх карликових галактиках, які нас оточують, має такий самий баланс, навіть якщо їхні зорі народжувалися в дуже різних умовах протягом мільярдів років. Теоретично IMF має різко відрізнятися, але вона практично універсальна, що дивувало астрономів упродовж десятиліть.
«Протягом тривалого часу ми запитували, чому так», — зазначив Девід Ґусейнов (Dávid Guszejnov), який у вересні цього року почне працювати в Гарвард-Смітсонівському центрі астрофізики як постдокторант NASA Hubble. «Наше моделювання дало змогу спостерігати за зорями від народження до природної кінцевої точки їх формування, щоб розгадати цю таємницю».
Моделювання стало можливим завдяки STARFORGE (Star Formation in Gaseous Environments, Зореутворення в газових середовищах), ініціативі багатьох установ, яку спільно очолювали Ґусейнов і Майкл Ґрудіч (Michael Grudic) з обсерваторій Карнегі. В рамках цієї ініціативи науковці створюють найсучасніше комп’ютерне моделювання процесу формування зір. Для цієї мети вони використовують два найпотужніші суперкомп’ютери в світі: Frontera та Stampede2 Техаського передового обчислювального центру (Texas Advanced Computing Center, TACC).
«Це разюче відкриття, бо ми показали, що можна точно змоделювати зореутворення в таких масштабах і врахувати всі відповідні процеси зворотного зв’язку — випромінювання, колімовані відтоки речовини та зоряні вітри», — зазначила Анна Розен (Anna Rosen), постдокторант Інституту теорії та обчислень, співробітник Центру астрофізики та учасниця STARFORGE з 2020 року. «На прикладі молодих зір ми змогли показати, чому зореутворення є неефективним у цих хмарах і галактиках, і що саме зорі спричиняють цю неефективність».
Це перші моделі, що показують утворення окремих зір у величезній хмарі, яка руйнується, та фіксують, як ці новоутворені зорі взаємодіють з навколишнім середовищем: випромінюють світло і викидають масу через струмені та вітри, явище, яке називають «зоряним зворотним зв’язком».
«Ми виявили, що утворення зір є саморегульованим процесом», — сказав Ґусейнов, який нині є керівником проекту STARFORGE і докторантом Факультету астрономії Техаського університету в Остіні. «Зорі, які утворюються в надзвичайно різних середовищах, мають схожу початкову функцію маси, бо зоряний зворотний зв’язок, який протистоїть гравітації, також діє по-різному, і спричиняє те, що розподіл маси зір стає однаковим».
Розен додала: «Коли зорі формуються, вони встановлюють «зворотний зв’язок» зі своїм природним середовищем, що ускладнює повне скупчення газу через гравітацію. По суті, коли зорі утворюються, ці процеси «зворотного зв’язку» можуть обмежити подальше утворення інших зір поблизу них, а також може зменшити накопичення на них більшої кількості речовини».
За словами групи STARFORGE, ці знання дозволять вченим досліджувати розподіл зір в галактиках з різними IMF, розширюючи наше розуміння того, як утворювалися зорі протягом історії Всесвіту та в яких галактиках може бути життя.
Співпрацю науковців фінансували Національний науковий фонд (National Science Foundation), NASA, Дослідницька корпорація з розвитку науки (Research Corporation for Science Advancement), XSEDE, Північно-західний центр міждисциплінарних досліджень і досліджень в астрофізиці (Northwestern’s Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics) та Гарвардський інститут теорії та обчислень (Harvard Institute for Theory and Computation).
За інф. з сайту https://pweb.cfa.harvard.edu підготував Іван Крячко
