Stjernedannelse påvirket af lokale miljøforhold

Tre forskere ved Niels Bohr Institute (NBI), Københavns Universitet, har udført omfattende computersimuleringer relateret til stjernedannelse. De konkluderer, at de nuværende idealiserede modeller mangler, når det kommer til at beskrive detaljer i stjernedannelsesprocessen. "Forhåbentlig kan vores resultater også hjælpe med at kaste mere lys over planetdannelse, "siger Michael Küffmeier, astrofysiker og leder af forskerholdet.

For at forklare det grundlæggende i stjernedannelse, man kan bruge simple modeller - enkle geometriske former, der er lette at forstå og forholde sig til.

Men alligevel - selv når sådanne enkle modeller kan forklare de grundlæggende principper på arbejdet, de mangler måske stadig, når det kommer til kvantitative detaljer - hvilket er præcis, hvad tre forskere fra Center for Star og Planet Formation ved NBI demonstrerer i en videnskabelig artikel, der netop er offentliggjort i The Astrofysisk Journal .

Forskerne udførte computersimuleringer af dannelsen af ​​hundredvis af stjerner, hvorfra ni omhyggeligt udvalgte stjerner, repræsenterer forskellige regioner i rummet, blev valgt til mere detaljeret modellering, forklarer astrofysiker Michael Küffmeier, projektleder - som også er en stor del af hans ph.d. afhandling.

Küffmeier planlagde og gennemførte forskningen i samarbejde med NBI-kolleger professor Åke Nordlund og lektor Troels Haugbølle-og simuleringerne viser, at stjernedannelse faktisk er stærkt påvirket af lokale miljøforhold i rummet, siger Küffmeier:"Disse forhold kontrollerer f.eks. størrelsen af ​​protoplanetariske diske, og den hastighed hvormed stjernedannelser finder sted - og ingen videnskabelig undersøgelse har nogensinde vist dette før. "

Computere arbejder døgnet rundt

Ifølge den klassiske model, en stjerne dannes, når en prestellar kerne - en afrundet akkumulering indeholdende cirka 99 procent gas og 1 procent støv - kollapser på grund af 'overvægt.' Efterfølgende, en stjerne dannes i midten af ​​sammenbruddet - efterfulgt, som følge af vinkelmoment, ved dannelsen af ​​en gas- og støvskive, der roterer rundt om stjernen.

"Dette er stjernens protoplanetariske disk, og planeter menes at blive dannet på sådanne diske - planeten Jorden er ingen undtagelse, ”siger Michael Küffmeier.

Men hvordan lykkedes det NBI-forskerne at beskrive denne model? Svaret er tæt knyttet til state-of-the-art computersimuleringer:Du fodrer nogle af de mest potente computere, der er tilgængelige med en næsten ufattelig 'mængde' information-og lader dem slibe døgnet rundt i flere måneder. Og så, Michael Küffmeier siger, du kan være så heldig at kunne teste selv etablerede koncepter:

"Vi startede med at studere skridtet før de prestellare kerner. Og når du har gang i det via computersimuleringer, du bliver uundgåeligt nødt til at håndtere Giant Molecular Clouds - som er områder i rummet tæt på gas og støv; regioner, hvor stjernedannelse finder sted. "

En meget omfangsrig sky

En kæmpe molekylær sky kaldes af en grund 'kæmpe'-tag bare den kæmpe molekylsky, som de tre NBI-forskere undersøgte. Hvis du ser nærmere på denne sky - og af beregningsmæssige årsager beslutter dig for at undersøge den ved at 'klemme' den ind i en kubisk model, hvilket er, hvad forskerne gjorde - man ender med en terning, der måler 8 millioner gange afstanden mellem Solen og Jorden på alle sider. Og hvis du udfører denne multiplikation, slutresultatet vil være flere tal, end de fleste hjerner endda vagt kan forstå, da afstanden fra Solen til Jorden er 150 millioner kilometer.

NBI-forskerne kiggede nøje på ni forskellige stjerner i denne kæmpe molekylære sky-"og i hvert tilfælde fik vi ny viden om dannelsen af ​​denne særlige stjerne, "siger Michael Küffmeier:

Stjernedannelse i en kæmpe molekylær sky. De små hvide prikker repræsenterer stjerner i computersimuleringen.

"Da vi arbejdede i forskellige regioner i en kæmpe molekylær sky, resultaterne fra de undersøgte stjerner afslørede forskelle i f.eks. diskdannelse og diskstørrelse, som kan tilskrives den indflydelse, der udøves af lokale miljøforhold. I denne forstand er vi gået ud over den klassiske forståelse af stjernedannelse. "

NBI-teamet havde adgang til supercomputere-et stort antal enkeltcomputere forbundet i netværk-nogle i Paris, og nogle i København på H.C. Ørsted Institut ved Københavns Universitet. Og maskinerne blev virkelig sat i gang, siger lektor Troels Haugbølle, en af ​​Michael Küffmeiers medforfattere:

"Disse beregninger var så omfattende, at hvis du forestiller dig, at simuleringerne, der beskriver dannelsen af ​​kun en af ​​stjernerne, skulle udføres på en enkelt omgang computer, maskinen skulle arbejde 24/7 i en bedre del af 200 år. "

Understøttet af observationer

Baseret på computersimuleringer, de tre NBI-forskere har især undersøgt påvirkning af magnetfelter og turbulens-faktorer, der ses at spille vigtige roller i stjernedannelse. Dette kan, tilføjer Michael Küffmeier, være en af ​​grundene til, at protoplanetære diske er relativt små i nogle områder af en kæmpe molekylær sky:

"Vi er i stand til at se, hvor vigtigt miljøet er for stjernedannelsesprocessen. Vi er således begyndt på vejen til at gøre realistisk, kvantitative modeller for dannelsen af ​​stjerner og planeter, og vi vil fortsætte med at grave dybere i dette. En af de ting, vi gerne vil undersøge, har at gøre med støvets skæbne på protoplanetariske diske - vi vil vide, hvordan støv og gas adskilles, tillader i sidste ende planeter at dannes. "

NBI-forskerne er glade for, at deres computersimuleringer ser ud til at blive understøttet af teleskopobservationer, fra rummet og fra jorden - blandt disse, observationer udført af det kraftige ALMA-teleskop i det nordlige Chile, siger Michael Küffmeier:"Det er observationer, der kvalitativt bekræfter vores simuleringer."

Det faktum, at teleskopobservationerne "kvalitativt bekræfter" NBI -computersimuleringerne betyder, at de to datasæt ikke på nogen væsentlig måde kolliderer eller modsiger hinanden, forklarer Michael Küffmeier:"Intet, der stammer fra teleskopobservationerne, modsiger vores hovedhypotese:at stjernedannelse er en direkte konsekvens af processer, der sker på større skalaer."

Forskerne forventer, at deres fortsatte computersimuleringer vil bidrage til en bedre forståelse af planetdannelse-ved at kombinere viden hentet fra NBI-simuleringerne med observationer udført af ALMA samt det ekstremt avancerede James Webb-rumteleskop, der er planlagt til lancering i oktober 2018.

"James Webb -rumteleskopet vil kunne give os oplysninger om atmosfæren omkring eksoplaneter - planeter uden for vores solsystem, der kredser om en stjerne, "siger Michael Küffmeier:" Dette, også, vil hjælpe os med at få en bedre forståelse af planternes oprindelse. "