天體物理學家用3個月的時間模擬恆星的的誕生

天體物理學家已經開發出了第一個高解析度的3D模型,即氣體雲聚結形成恆星,這令人讚歎。在世界上最快的超級計算機之一上執行該模擬可能需要三個月的時間。

“ 星際熔爐”模型(代表“在氣態環境中形成恆星”)使使用者能夠在氣體聚集成周圍的恆星的過程中飛過一團五顏六色的氣體雲。研究人員希望,這種視覺上令人驚歎的模擬將幫助他們探索許多尚未解決的恆星形成之謎,例如:為什麼該過程如此緩慢且效率低下?決定恆星質量的因素是什麼?為什麼恆星傾向於聚集在一起?

天體物理學家用3個月的時間模擬恆星的的誕生

該計算框架能夠模擬比以前更大一百倍的氣體雲,並使科學家能夠在考慮射流,輻射,風,甚至超新星(附近的恆星爆炸)等因素的同時,對恆星的形成,演化和動力學建模。

西北大學的天體物理學家資深作家克勞德·安德烈·福徹·吉蓋爾在一份宣告中說: “恆星的形成在很大程度上是天體物理學中的核心問題。由於涉及物理過程的範圍,這是一個非常具有挑戰性的問題。這種新的模擬將幫助我們直接解決我們以前無法明確回答的基本問題。”

恆星可能需要數千萬年的時間才能形成,從湍流的塵埃和氣體滾滾而來的恆星逐漸成長為溫和發光的原恆星,然後再形成像我們的太陽那樣由聚變動力的巨大球體形成的恆星。在研究夜空時,天體物理學家可以瞥見恆星演化的簡短快照,但他們需要使用精確的模擬來檢視和研究整個過程。

西北大學的博士後研究員邁克爾·格魯迪奇在宣告中說: “當我們觀察到任何給定區域的恆星形成時,我們所看到的都是及時凍結的恆星形成場所。星星也形成在塵埃雲中,因此它們大部分都被隱藏了。”

天體物理學家用3個月的時間模擬恆星的的誕生

該模型非常龐大,在位於德克薩斯州高階計算中心的世界上最大的超級計算機之一上執行一個模擬可能需要三個月的時間。研究人員稱,正是這種龐大的規模和計算複雜性使這種新模型的預測變得更加準確。

格魯迪奇說:“人們已經在模擬恆星形成了幾十年了,但是星際鍛爐是技術上的一次飛躍。其他模型只能模擬形成恆星的微小云層,而不能模擬高解析度的整個雲層。在沒有看到大圖的情況下,我們錯過了許多可能影響恆星結果的因素。”

模擬始於漂浮在太空中的氣體雲(其質量比我們的太陽大多達幾百萬倍)。隨著時間的流逝,氣體雲不斷髮展。它圍繞自身旋轉,形成更大的結構,然後再次破裂。由於這種創造性的破壞,殘留的小氣穴被重力吸引,並由於不斷的摩擦而變得越來越熱,最終變成了恆星。恆星誕生的高潮是當兩股巨大的氣體高速噴射從其兩極向外噴射時,刺穿了周圍的雲層。

天體物理學家使用模擬來了解這些氣體射流在確定恆星質量中所起的作用。當他們在不考慮射流的情況下進行模擬時,他們得到的恆星比平時大得多-大約是太陽質量的10倍。將噴氣機重新加入後,會產生尺寸更切合實際的恆星,其質量大約是太陽質量的一半。

天體物理學家用3個月的時間模擬恆星的的誕生

格魯迪奇說:“噴氣機干擾了氣體向恆星的流入。他們本質上吹走了可能最終進入恆星並增加其質量的氣體。人們懷疑這可能正在發生,但是透過模擬整個系統,我們對它的工作原理有了深刻的瞭解。”

透過讓他們更好地瞭解恆星的形成,研究人員還認為,他們的模擬可以提供一些至關重要的見解,以瞭解星系如何在整個宇宙中擴散以及重元素(例如碳和氮)如何構成複雜生命的關鍵組成部分。

格魯迪奇說:“如果我們能夠了解恆星的形成,那麼我們就能瞭解銀河系的形成。通過了解銀河系的形成,我們可以瞭解更多有關宇宙是由什麼構成的。瞭解我們的來源和在宇宙中的位置最終取決於瞭解恆星的起源。”

頂部