Clic per engrandir. Instantània de la primera simulació completa de STARFORGE.
Sobrenomenada "l'Enclusa de la Creació", un gegantí núvol molecular amb formació
d'estrelles individuals i una àmplia retroalimentació, incloent dolls protoestel·lars,
radiació, vents estel·lars i supernoves de col·lapse del nucli. Crèdit:
Northwestern University/UT Austin
Primer model d'alta resolució que simula un núvol de gas complet on neixen les estrelles
Un equip d'astrofísics de la Universitat de Northwestern ha desenvolupat la simulació 3D més realista i de major resolució de la formació d'estrelles fins a la data. El resultat és una meravella visual i matemàtica que permet als espectadors surar al voltant d'una acolorit núvol de gas a l'espai 3D mentre veuen sorgir estrelles rutilants.
Anomenat STARFORGE, sigles en anglès de Star Formation in Gaseous Environments (Formació d'estrelles en entorns gasosos), el marc computacional és el primer que simula un núvol de gas complet -100 vegades més massiu del que era possible fins ara i ple de vibrants colors- on neixen les estrelles.
També és la primera simulació que modela simultàniament la formació, l'evolució i la dinàmica de les estrelles tenint en compte la retroalimentació estel·lar, inclosos els dolls, la radiació, el vent i l'activitat de les supernoves properes. Mentre que altres simulacions s'han incorporat tipus individuals de retroalimentació estel·lar, STARFORGE els posa junts per simular com aquests diversos processos interactuen per afectar la formació estel·lar.
Es tracta de la primera simulació numèrica de la formació estel·lar en un núvol
molecular gegant massiu (20.000 masses solars) amb formació estel·lar
individual i un tractament complet de la retroalimentació, des dels dolls
protoestel·lars, la radiació en 5 bandes de freqüència, els vents estel·lars i les
supernoves de col·lapse del nucli. Això la converteix en la primera simulació
completa de STARFORGE. Aquest núvol en particular ha estat sobrenomenat
"l'Enclusa de la Creació". Crèdit: Starfoge, YouTube.
Utilitzant aquest meravellós laboratori virtual, els investigadors pretenen explorar qüestions que es plantegen des de fa temps, com ara per què la formació d'estrelles és lenta i ineficient, què determina la massa d'una estrella i per què les estrelles tendeixen a formar-se en cúmuls.
Els investigadors ja han utilitzat STARFORGE per descobrir que els dolls protoestel·lars (corrents de gas d'alta velocitat que acompanyen a la formació de les estrelles) tenen un paper fonamental en la determinació de la massa d'una estrella. Al calcular la massa exacta d'una estrella, els investigadors poden determinar la seva brillantor i els seus mecanismes interns, així com fer millors prediccions sobre la seva mort.
Recentment acceptada per la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society, una còpia avançada del manuscrit, que detalla la investigació en la qual es basa el nou model, va aparèixer en línia el 17 de maig de 2021. Al febrer de 2021 es va publicar a la mateixa revista un article adjunt en què es descriu com els dolls influeixen en la formació de les estrelles.
"La gent ha estat simulant la formació d'estrelles des de fa un parell de dècades, però STARFORGE és un salt quàntic en la tecnologia", va dir Michael Grudic de Northwestern, qui co-dirigeix el treball. "Altres models només han pogut simular una petita part del núvol on es formen les estrelles, però no tot el núvol en alta resolució. Sense veure el panorama complet, ens perdem molts factors que podrien influir en el resultat de l'estrella".
"Com es formen les estrelles és una qüestió central en l'astrofísica", afirma Claude-André Faucher-Giguère, de Northwestern, autor principal de l'estudi. "Ha estat una qüestió molt difícil d'explorar degut a la varietat de processos físics implicats. Aquesta nova simulació ens ajudarà a abordar directament qüestions fonamentals que abans no podíem respondre de forma definitiva".
Clic per engrandir. Instantània d'una simulació de STARFORGE. Un nucli de gas
en rotació col·lapsa, formant un estel central que llança dolls bipolars al llarg dels
seus pols mentre s'alimenta del gas del disc circumdant. Els dolls arrosseguen el
gas fora del nucli, limitant la quantitat que l'estrella pot finalment acumular.
Crèdit: Northwestern University/UT Austin
Grudic és becari postdoctoral al Centre d'Exploració i Investigació Interdisciplinària en Astrofísica (CIERA) de Northwestern. Faucher-Giguère és professor associat de física i astronomia a la Facultat d'Arts i Ciències Weinberg de Northwestern i membre del CIERA. Grudic ha codirigit el treball amb David Guszejnov, becari postdoctoral de la Universitat de Texas a Austin.
Des del principi fins al final, la formació d'estrelles triga desenes de milions d'anys. Per això, encara que els astrònoms observen el cel nocturn per entreveure el procés, només poden veure una breu instantània.
"Quan observem la formació d'estrelles en una regió determinada, tot el que veiem són llocs de formació estel·lar congelats en el temps", va dir Grudic. "Les estrelles també es formen en núvols de pols, pel que en la seva majoria estan ocultes".
Perquè els astrofísics puguin veure el procés complet i dinàmic de la formació estel·lar, han de recórrer a les simulacions. Per desenvolupar STARFORGE, l'equip va incorporar un codi computacional per a múltiples fenòmens de la física, com la dinàmica de gasos, els camps magnètics, la gravetat, l'escalfament i el refredament i els processos de retroalimentació estel·lar. El model, que de vegades triga tres mesos a executar una simulació, requereix un dels més grans super-ordinadors del món, una instal·lació finançada per la National Science Foundation i gestionada pel Texas Advanced Computing Center.
La simulació resultant mostra una massa de gas (de desenes a milions de vegades la massa del sol) flotant a la galàxia. A mesura que el núvol de gas evoluciona, forma estructures que es col·lapsen i es trenquen en trossos, que finalment formen estrelles individuals. Una vegada que es formen les estrelles, llancen dolls de gas cap a l'exterior des d'ambdós pols, travessant el núvol circumdant. El procés acaba quan no queda gas per formar més estrelles.
STARFORGE ja ha ajudat a l'equip a descobrir un nou i crucial coneixement de la formació estel·lar. Quan els investigadors van realitzar la simulació sense tenir en compte els dolls, les estrelles van acabar sent massa grans: 10 vegades la massa del Sol. Després d'afegir els raigs a la simulació, les masses de les estrelles van resultar molt més realistes: menys de la meitat de la massa del Sol.
"Els raigs interrompen el flux de gas cap a l'estrella", va dir Grudic. "Essencialment, expulsen el gas que hauria acabat en l'estrella i augmentat la seva massa. Ja sospitàvem que això podria passar, però al simular tot el sistema, tenim una sòlida comprensió de com funciona".
Clic per engrandir. Instantània de la primera simulació completa de STARFORGE.
Sobrenomenada "l'Enclusa de la Creació", un gegantí núvol molecular amb formació
d'estrelles individuals i una àmplia retroalimentació, incloent dolls protoestel·lars, radiació,
vents estel·lars i supernoves de col·lapse del nucli. Crèdit: Northwestern University/UT Austin
A més de comprendre millor les estrelles, Grudic i Faucher-Giguère creuen que STARFORGE pot ajudar-nos a aprendre més sobre l'univers i fins i tot sobre nosaltres mateixos.
"Entendre la formació de les galàxies depèn de les suposicions sobre la formació de les estrelles", va dir Grudic. "Si podem entendre la formació de les estrelles, llavors podem entendre la formació de les galàxies. I si entenem la formació de les galàxies, podem entendre millor de què està fet l'univers. Entendre d'on venim i com estem situats en l'univers depèn, en darrera instància, de la comprensió dels orígens de les estrelles".
"Conèixer la massa d'una estrella ens indica la seva brillantor, així com el tipus de reaccions nuclears que es produeixen al seu interior", explica Faucher-Giguère. "Amb això, podem aprendre més sobre els elements que es sintetitzen en les estrelles, com el carboni i l'oxigen, elements dels quals també estem fets".
Referència: "STARFORGE: Toward a comprehensive numerical model of star clúster formation and feedback" per Michael I Grudic, Dávid Guszejnov, Philip F Hopkins, Stella SR Offner i Claude-André Faucher-Giguère 17 de maig de 2021, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / MNRAS / stab1347
L'estudi va comptar amb el suport de la National Science Foundation i la NASA.
Ho he vist aquí.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada
Aquí pots deixar el teu comentari