Przejdź do głównej zawartości

Powstawanie masywnych gwiazd

Gwiazdy powstają w wyniku grawitacyjnego zapadnięcia się zimnych, gęstych, pyłowych jąder protogwiazdowych, osadzonych w gęstych obłokach molekularnych. Gwiazdy masywne, zidentyfikowane jako te o masie większej niż 8 mas Słońca, mają kluczowe znaczenie w tworzeniu gwiazd. Chociaż są niezwykle rzadkie, stanowią mniej niż 1% całkowitej populacji gwiazd, ujawniają swoją obecność poprzez dominację w otaczającym je środowisku międzygwiazdowym (interstellar medium – ISM) dzięki silnym wiatrom gwiazdowym, a także wstrząsom z ich ostatecznych supernowych. Wiadomo, że ich powstawanie jest hamowane przez kilka mechanizmów sprzężenia zwrotnego, w tym wypływy, ciśnienie promieniowania i pola magnetyczne.


Fakt, że gwiazdy masywne są tak rzadkie, odzwierciedla bardziej ogólny problem z powstawaniem gwiazd: ich nieefektywnością. Szacunki wydajności formowania się gwiazd wynoszą zaledwie 33%. Gdy masywne gwiazdy zaczynają się tworzyć, wywołują potężne odpływy molekularne ze swoich biegunów. Dżety te mogą oddziaływać z otaczającym obłokiem molekularnym i wyrzucać duże ilości materii. To, w połączeniu z innymi mechanizmami sprzężenia zwrotnego, ogranicza zdolność gwiazdy do akumulacji materii, ostatecznie ograniczając jej końcową masę. Znajomość górnej granicy, jak masywna może być gwiazda, jest niezwykle cenna, ponieważ pozwala nam ustalić górną granicę początkowej funkcji masy. Ta funkcja modeluje początkowy rozkład mas gwiazdowych dla danej populacji, i nie jest możliwe symulowanie ewolucje populacji gwiazdowej bez niej. W tym miejscu ważne są masywne gwiazdy, ponieważ są one dominującym źródłem radiacyjnego sprzężenia zwrotnego i wstrzykiwania energii do środowiska międzygwiazdowego przez supernowe. Aby więc ustalić te górne granice masy, musimy symulować procesy, które hamują powstawanie gwiazd tak szczegółowo, jak to możliwe.

Co ma wspólnego MMORP (Massively Magnetic Outflows Radiation Pressure – gra) jak EVE Online, z radiacyjną symulacją magnetohydrodynamiczną? Szaloną ilość obliczeniową. Taka symulacja modeluje transfer promieniowania dodatkowo z magnetohydrodynamiką. Ta symulacja modeluje pola promieniowania gwiazdowego i skolimowane wypływy (przepływ jest wszędzie równoległy) dla każde gwiazdy, a także czynniki pośredniego promieniowania zwrotne z pyłu, pól magnetycznych i turbulencji naddźwiękowych. Autorzy przeprowadzili trzy główne symulacje: TrubRad (tylko radiacyjne sprzężenie zwrotne), TrubRadOf+ (dodane skolimowane odpływy) oraz TrubRadOFB (dodane pola magnetyczne).

Gdy masa gwiazdowa jądra protogwiazdy przekroczy 30 mas Słońca, widać kilka bąbli zdominowanych przez ciśnienie, rozszerzających się od gwiazdy. Proces ten, znany jest jako „efekt latarki”, w którym gęsta materia rozchodzi się promieniście od biegunów, powodując rozszerzanie się na zewnątrz bąbli o małej gęstości.

Z biegiem czasu silne wypływy zaczynają przebijać się przez jądro protogwiazdy i wyrzucać duże ilości materii.

Wypływy te stają się stabilniejsze i bardziej ukierunkowane w czasie. Chociaż jądro protogwiazdy jest początkowo silnie zaburzone, ponieważ gromadzi materię, jego oś rotacji stabilizuje się w czasie. Jednym z kluczowych wyników tych symulacji jest to, że feedback pędu z tych wypływów jest dominującym mechanizmem sprzężenia zwrotnego (w porównaniu z ciśnieniem promieniowania) i pomaga wyrzucać znaczące frakcje materii, zmniejszając wydajność formowania się gwiazd. Wypływy pomagają również pełnić funkcję przewodów, przez które może uciekać promieniowanie, osłabiając efekty sprzężenia zwrotnego wywołane ciśnieniem promieniowania.

Wiadomo, że pola magnetyczne wpływają na powstawanie gwiazd. Wydajność tworzenia się gwiazd jest dodatkowo zmniejszona przez obecność pól magnetycznych. Ogólnie rzecz biorąc, symulacje, które obejmowały wypływy, skutkowały niższymi wydajnościami. Aby więc pogodzić obserwacje, w których ogólna efektywność powstawania gwiazd wynosi około 33%, konieczne jest uwzględnienie skutków wypływów.

W tak zawiłych zjawiskach, jak formowanie się gwiazd, istnieje wiele niuansów. Pola magnetyczne spowalniają tempo wzrostu gwiazd, pomagając zapobiegać fragmentacji jądra, jednak istnieje kilka nie idealnych efektów, które teoretycznie mogłyby wpłynąć na procesy gwiazdotwórcze. Te nieidealne efekty nie zostały wzięte pod uwagę, chociaż nie wiadomo, czy mają one zauważalny wpływ na wydajność formowania się gwiazd.

Ta kompleksowa seria symulacji, jedna z pierwszych uwzględniająca tak wiele czynników, pokazuje rolę wypływów, pól magnetycznych i ciśnienia promieniowania w ograniczeniu formowania się masywnych gwiazd i zmniejszaniu ogólnej wydajności gwiazdotwórczej. Badanie to pokazuje, że sprzężenie zwrotne z wypływów dominuje feedback od ciśnienia promieniowania, a pola magnetyczne dodatkowo hamują formowanie się gwiazd. Co ważne, zarówno wypływy, jak i pola magnetyczne są potrzebne do odtworzenia niskiej wydajności uzyskanej z obserwacji.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…