Звездообразование: Трое ученых из Института Нильса Бора (NBI) Университета Копенгагена провели масштабное компьютерное моделирование, связанное с формированием звезд. Они пришли к выводу, что нынешних идеализированных моделей не хватает, когда дело доходит до описания деталей процесса звездообразования. «Мы надеемся, что наши результаты помогут пролить больше света на формирование планет», - говорит Михаэль Кюффмайер, астрофизик и глава исследовательской группы.
Наша собственная галактика Млечный Путь состоит из более чем 100 миллиардов звезд. Новые звезды формируются в так называемых молекулярных облаках, где большая часть газа находится в форме молекул и очень холодна. В Млечном Пути есть много различных разновидностей молекулярных облаков, например, с массой от нескольких сотен до нескольких миллионов масс Солнца. Фото: НАСА
Чтобы объяснить основы звездообразования, можно использовать простые модели - простые геометрические формы, которые легко понять и с которыми легко связать.
Но даже в этом случае - даже когда такие простые модели могут объяснить основные принципы работы, им все еще может не хватать количественных деталей - что и демонстрируют три исследователя из Центра формирования звезд и планет в NBI. в научной статье, только что опубликованной в The Astrophysical Journal.
Ученые провели компьютерное моделирование формирования сотен звезд, из которых девять тщательно отобранных звезд, представляющих различные области в космосе, были выбраны для более детального моделирования, объясняет астрофизик Михаэль Кюффмайер, руководитель проекта, который также является основной частью его докторской диссертации. Д. диссертация.
Кюффмайер спланировал и провел исследование в сотрудничестве с коллегами из NBI, профессором Оке Нордлундом и старшим преподавателем Троелсом Хаугбёлле, и моделирование показывает, что на звездообразование действительно сильно влияют местные условия окружающей среды в космосе, говорит Кюффмайер: «Эти условия, например, контролируют размер протопланетных дисков и скорость, с которой происходит звездообразование, и ни одно научное исследование никогда раньше этого не показывало».
Компьютеры работают круглосуточно
Согласно классической модели, звезда образуется, когда дозвездное ядро - округлое скопление, содержащее примерно 99 процентов газа и 1 процент пыли - коллапсирует из-за «избыточного веса». Впоследствии в центре коллапса образуется звезда, а затем, в результате углового момента, формируется диск из газа и пыли, вращающийся вокруг звезды.
"Это протопланетный диск звезды, и считается, что планеты формируются в таких дисках, и планета Земля не является исключением", - говорит Михаэль Кюффмайер.
Но как исследователям NBI удалось детализировать эту модель? Ответ тесно связан с современным компьютерным моделированием: вы загружаете некоторые из самых мощных доступных компьютеров почти непостижимым «грузом» информации - и позволяете им работать круглосуточно в течение месяцев. И тогда, говорит Михаэль Кюффмайер, вам может повезти проверить даже устоявшиеся понятия:
"Мы начали с изучения шага перед дозвездными ядрами. И когда вы попытаетесь это сделать с помощью компьютерного моделирования, вам неизбежно придется иметь дело с гигантскими молекулярными облаками - областями в космосе, плотными из газа и пыли.; области, где происходит звездообразование."
Очень объемное облако
Гигантское молекулярное облако не просто так называют гигантским - достаточно взять гигантское молекулярное облако, которое изучали три исследователя NBI. Если вы внимательно посмотрите на это облако - и по вычислительным соображениям решите изучить его, «сжав» его в кубическую модель, что и сделали исследователи, - вы получите куб, размер которого в 8 миллионов раз превышает расстояние между Солнцем и Землей. на всех сторонах. И если вы произведете это умножение, конечным результатом будет больше цифр, чем может даже смутно осмыслить большинство мозгов, поскольку расстояние от Солнца до Земли составляет 150 миллионов километров.
Исследователи NBI внимательно изучили девять разных звезд в этом гигантском молекулярном облаке - «и в каждом случае мы получили новые знания о формировании этой конкретной звезды», - говорит Михаэль Кюффмайер:
Звездообразование в гигантском молекулярном облаке. Маленькие белые точки представляют собой звезды в компьютерной симуляции.
Звездообразование в гигантском молекулярном небе. Все маленькие белые точки представляют собой звезду в компьютерной симуляции.
"Поскольку мы работали в разных областях гигантского молекулярного облака, результаты исследования исследованных звезд выявили различия, например, в формировании диска и размере диска, которые можно объяснить влиянием местных условий окружающей среды. В этом смысле мы вышли за рамки классического понимания звездообразования."
Команда NBI имела доступ к суперкомпьютерам - большому количеству одиночных компьютеров, объединенных в сети - некоторые в Париже, а некоторые в Копенгагене в H. C. Институт Эрстеда Копенгагенского университета. И машины действительно заработали, говорит старший преподаватель Троэльс Хаугбёлле, один из соавторов Михаэля Кюффмайера:
"Эти расчеты были настолько обширными, что если представить, что симуляции, описывающие формирование только одной из звезд, должны были выполняться на одном переносном компьютере, машина должна была бы работать 24 часа в сутки 7 дней в неделю в течение лучшая часть 200 лет."
Подтверждено наблюдениями
Основываясь на компьютерном моделировании, трое ученых NBI изучили, в частности, влияние магнитных полей и турбулентности - факторов, которые, как считается, играют важную роль в звездообразовании. Это может, добавляет Михаэль Кюффмайер, быть одной из причин, почему протопланетные диски относительно малы в некоторых областях гигантского молекулярного облака:
Мы можем видеть, насколько важна окружающая среда для процесса звездообразования. Таким образом, мы встали на путь создания реалистичных количественных моделей формирования звезд и планет, и мы продолжим копать глубже в Одна из вещей, которую мы хотели бы изучить, связана с судьбой пыли в протопланетных дисках - мы хотим знать, как пыль и газ разделяются, что позволяет в конечном итоге формировать планеты».
Ученые из NBI довольны тем, что их компьютерные симуляции, похоже, подтверждаются наблюдениями с помощью телескопа, из космоса и с земли, в том числе с помощью мощного телескопа ALMA в северной части Чили, говорит Майкл Кюффмайер: «Это наблюдения, качественно подтверждающие наши симуляции».
Тот факт, что наблюдения телескопа «качественно подтверждают» компьютерное моделирование NBI, означает, что два набора данных никоим образом не противоречат друг другу и не противоречат друг другу, объясняет Михаэль Кюффмайер: «Ничто, полученное из наблюдений телескопа, не противоречит наша основная гипотеза: звездообразование является прямым следствием процессов, происходящих в более крупных масштабах."
ALMA (Большой миллиметровый/субмиллиметровый массив Атакамы) в Чили в будущем может в конечном итоге способствовать расширенному пониманию формирования планет. Фото: ESA
Ученые ожидают, что их продолжающиеся компьютерные симуляции будут способствовать лучшему пониманию формирования планет за счет объединения знаний, полученных в результате моделирования NBI, с наблюдениями, проведенными ALMA, а также чрезвычайно продвинутым космическим телескопом Джеймса Уэбба, запланированным на запуск в октябре 2018 года.
«Космический телескоп Джеймса Уэбба сможет предоставить нам информацию об атмосфере, окружающей экзопланеты - планеты за пределами нашей Солнечной системы, вращающиеся вокруг звезды», - говорит Майкл Кюффмайер: «Это также поможет нам лучше понять понимание происхождения планет."