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天体物理学家首次模拟整片气态物质形成恒星的过程

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天体物理学家首次模拟整片气态物质形成恒星的过程

恒星的诞生是狂野又辉煌的历程。在密集的、寒冷的气体和尘埃云中,历时数百万年。

这不是一个我们能够从头到尾旁观的过程,但是一次壮观的模拟使我们比以往任何时候都更接近它们。

利用被称为STARFORGE(气态环境中的恒星生成)的系统,天文学家首次模拟出形成恒星的整片分子云,一个被称为恒星苗圃的区域。

这能帮助天文学家更了解恒星,与真正的原星(尚未完全长大的恒星),比较不同的形成阶段,帮助了解起作用的进程。

天体物理学家首次模拟整片气态物质形成恒星的过程

西北大学的天体物理学家Claude-André Faucher-Giguère说:”恒星的形成是天体物理学的一个核心问题。由于涉及到一系列的物理过程,这一直是一个非常具有挑战性的探索问题。最新模拟将帮助我们直接解决我们以前无法明确回答的基本问题。”

我们认为我们已经掌握了恒星形成的大致情况。首先,从分子气体团块开始,聚集,有了足够的密度,气体在其自身的引力下坍缩,形成原星,开始旋转。

这种旋转导致它周围气态物质形成圆盘,这些圆盘就像下水道中的水打着旋流入成长中的恒星,同时增加恒星的质量(引力),形成良性循环。

当恒星获得足够的质量时,核心足够的热量和压力激活核聚变,氢原子融合形成氦。圆盘中剩余的物质形成行星和小行星以及所有其他的东西。

然而,这一切都发生在密集的云层中,这意味着我们很难看到它。而且,由于那是横跨数百万年的时间窗口,我们难以记录下完整原星的诞生过程。

为了建立STARFORGE,由西北大学的Michael Grudić 领导的天文学家团队必须考虑到多种物理现象,包括温度、重力、磁场、气体动力学,以及从幼年恒星发出的强大恒星风和等离子体喷流,即所谓的恒星反馈。

他们在世界上最强大的超级计算机之一,德克萨斯大学的Frontera上进行了近100天的模拟。下面的片段是一个美丽的东西——整个恒星苗圃。

天体物理学家首次模拟整片气态物质形成恒星的过程

Northwestern University/UT Austin

Grudić说:”人们模拟恒星形成已经有几十年了,但是STARFORGE是技术上的一个飞跃。

“其他模型只能够模拟恒星形成的一小块,而非高分辨率的整个云。如果没有看到全局,我们就会错过很多可能影响恒星结果的因素。”

视频中的模拟云,比太阳质量大2万倍。随着时间推移,气体被星际风和冲击波等力量推来推去,这就形成了密度较高的区域,可以在引力作用下坍缩成原恒星。

随着一颗恒星的形成和成长,它开始产生强大的恒星风。此外,落入恒星的物质开始与恒星的磁场相互作用;其中一些物质被抽走,沿着磁场线流向两极,在那里以强大的等离子体喷流的形式被轰入太空。

这两种形式的反馈推开周围的气体,从而切断了物质的流动,阻止了恒星的进一步增长。

最近基于观测数据的研究表明,恒星反馈在决定一颗恒星的质量方面可能并不像我们想象的那么大。

但是该团队的研究显示了相反的情况。当他们在没有反馈的情况下进行模拟时,最终得到了大得离谱的恒星。如果考虑反馈作用,恒星最终变成了更正常的大小。

这也很好地证明了STARFORGE的潜力。通过从一个尽可能接近真实宇宙的场景开始,天文学家可以探索许多不同的物理过程。

打开和关闭某些进程,可以帮助确定进程的作用,并可以解答关于宇宙的关键问题。

这项研究已经发表在《皇家天文学会月报》上。

https://www.sciencealert.com/this-jaw-dropping-video-is-the-most-realistic-yet-of-the-wild-births-of-baby-stars

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

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