Badanie, jak gwiazdy determinują swoje własne masy

Symulacje pokazują, dlaczego gwiazdy powstałe w różnych środowiskach mają podobne masy.

Symulacje regionu gwiazdotwórczego, gdzie masywne gwiazdy niszczą swój macierzysty obłok. Źródło: STARFORGE.

W zeszłym roku zespół astrofizyków uruchomił STARFORGE, projekt, który tworzy najbardziej realistyczne, najwyższej rozdzielczości symulacje 3D formowania się gwiazd. Naukowcy wykorzystali te symulacje do wykrycia, co decyduje o masie gwiazd – tajemnicy, która przykuwała uwagę astrofizyków od dziesięcioleci.

W nowym badaniu zespół odkrył, że formowanie się gwiazd jest procesem samoregulującym. Innymi słowy, gwiazdy same ustalają swoje masy. Nowe odkrycie może pozwolić naukowcom lepiej zrozumieć proces formowania się gwiazd w naszej Drodze Mlecznej i innych odległych galaktykach.

Badanie zostało opublikowane 26 lipca 2022 r. w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. W skład zespołu weszli eksperci z Northwestern, University of Texas at Austin (UT Austin), Carnegie Observatories, Harvard University i California Institute of Technology. Głównym autorem nowego badania jest Dávid Guszejnov z UT Austin.

Zrozumienie funkcji masy początkowej gwiazd jest tak ważnym problemem, ponieważ wpływa na astrofizykę w całej rozciągłości – od pobliskich planet do odległych galaktyk – powiedział Claude-André Faucher-Giguère z Northwestern, współautor badania. To dlatego, że gwiazdy mają stosunkowo proste DNA. Jeżeli znasz masę gwiazdy, to wiesz większość na jej temat: ile światła emituje, jak długo będzie żyła i co się z nią stanie po śmierci. Rozkład mas gwiazdowych jest więc krytyczny dla tego, czy planety, które krążą wokół gwiazd mogą potencjalnie podtrzymywać życie, a także jak wyglądają odległe galaktyki.

Przestrzeń kosmiczna wypełniona jest olbrzymimi obłokami składającymi się z gazu i pyłu. Powoli, grawitacja przyciąga odległe drobiny tego gazu i pyłu do siebie, tworząc gęste kępy. Materia w tych kępach spada do środka, rozbijając się i wytwarzając ciepło, które tworzy nowo narodzoną gwiazdę.

Wokół każdej z tych protogwiazd znajduje się wirujący dysk gazu i pyłu. Każda planeta w naszym Układzie Słonecznym była kiedyś plamką w takim dysku wokół nowo narodzonego Słońca. To, czy planety krążące wokół gwiazd mogą być gospodarzami życia, zależy od masy gwiazdy i sposobu jej formowania. Dlatego zrozumienie procesów formowania się gwiazd jest kluczowe dla określenia, gdzie we Wszechświecie może powstać życie.

Gwiazdy są atomami galaktyk – powiedziała Stella Offner, profesor nadzwyczajny astronomii na UT Austin. Ich rozkład masy dyktuje, czy narodzą się planety i czy może rozwinąć się tam życie.

Każda dziedzina astronomii zależy od rozkładu masy gwiazdy – lub funkcji masy początkowej (IMF) – która okazała się wyzwaniem dla naukowców, aby poprawnie ją modelować. Gwiazdy znacznie większe od Słońca są rzadkie, stanowią jedynie 1% nowo powstałych gwiazd. Na każdą taką gwiazdę przypada około 10 gwiazd podobnych do Słońca i 30 karłów. Obserwacje wykazały, że niezależnie od tego, gdzie spojrzymy w Drodze Mlecznej, te proporcje (czyli IMF) są takie same, zarówno dla nowo powstałych gromad gwiazd, jak i dla tych, które mają miliardy lat.

To jest właśnie tajemnica IMF. Każda populacja gwiazd w naszej galaktyce i we wszystkich otaczających nas galaktykach karłowatych ma tę samą równowagę – nawet jeżeli ich gwiazdy rodziły się w szalenie różnych warunkach przez miliardy lat. IMF powinna się drastycznie różnić, jednak jest ona praktycznie uniwersalna, co zastanawiało astronomów przez dziesiątki lat.

Przez długi czas pytaliśmy, dlaczego – powiedział Guszejov. Nasze symulacje śledziły gwiazdy od narodzin do naturalnego punktu końcowego ich formowania, aby rozwiązać tę zagadkę.

Nowe symulacje pokazały jednak, że gwiezdne sprzężenie zwrotne, starając się przeciwstawić grawitacji, popycha masy gwiazd w kierunku tego samego rozkładu masy. Symulacje te są pierwszymi, które śledzą powstawanie pojedynczych gwiazd w zapadającym się obłoku, a jednocześnie pokazują, jak te nowo powstałe gwiazdy oddziałują z otoczeniem, emitując światło i wyrzucając masę przez strumienie i wiatry – zjawisko to określa się mianem „gwiezdnego sprzężenia zwrotnego”.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Astronomowie są świadkami, jak umierająca gwiazda osiąga swój koniec