Nowe badania wyjaśniają mechanizm powstawania masywnych gwiazd

Nowe badania wyjaśniają mechanizm powstawania masywnych gwiazd

15.01.2009

Astronomowie od dawna zastanawiali się jak mogą powstać najmasywniejsze z gwiazd – o masach 120 razy przekraczających masę Słońca – zanim ich intensywne promieniowanie nie odrzuci gazu i pyłu, z których powstają. Jednak wydaje się, że problem jest łatwiejszy do wyjaśnienia niż do nie dawna sądzono. Wyniki badań opublikowanych w tym tygodniu w Science ukazują jak wzrost masywnej gwiazdy może postępować pomimo ciśnienia wywieranego przez promieniowanie, które przekracza siłę grawitacji przyciągającą gaz w kierunku gwiazdy.

To co powstało w efekcie symulacji to stosunkowo często spotykana konfiguracja masywnych gwiazd. Myślę, że zagadkę powstawania masywnych gwiazd możemy uznać za rozwiązaną

prof. Mark Krumholz

Nowe wyniki wyjaśniają również dlaczego masywne gwiazdy najczęściej występują w układach wielokrotnych. Powstanie gwiazd towarzyszących nieoczekiwanie pojawiło się w zaawansowanej symulacji komputerowej wykorzystanej przez astronomów do badania mechanizmów narodzin masywnych gwiazd.

„Naszym zamiarem nie było wyjaśnienie również tej zagadki i dodatkowe wyniki były przyjemnym bonusem „- mówi prof. Mark Krumholz z Uniwersytetu Kalifornia w Santa Cruz. -” Najważniejszym rezultatem jest pokazanie że ciśnienie promieniowania nie ogranicza wzrostu masywnych gwiazd.”

Ciśnienie promieniowania to siła wywierana na powierzchnie obiektów przez promieniowanie elektromagnetyczne. W świecie, z którym mamy do czynienia na codzień jego efekty są pomijalne, jednak wewnątrz gwiazd staje się ważnym czynnikiem ze względu na ogromne ilości promieniowania. W najmasywniejszych gwiazdach to właśnie to ciśnienie staje się dominującą siłą przeciwstawiającą się grawitacji i przeciwdziałającą zapadaniu się gwiazdy pod własnym ciężarem.

„Kiedy przyłożymy ciśnienie promieniowania masywnej gwiazdy do otaczającego ją międzygwiezdnego pyłu, który jest znacznie mniej przezroczysty niż wnętrze gwiazdy, medium to powinno natychmiast eksplodować „- mówi Krumholz. Wcześniejsze badania pokazały, że ciśnienie promieniowania powinno usunąć z otoczenia gwiazdy cały surowy materiał zanim ta nabierze masę większą niż dwudziesto- krotność masy Słońca. Jednak w kosmosie istnieją gwiazdy znacznie cięższe.

Krumholz wraz z współautorami z UC Berkeley i Narodowego Laboratorium Lawrence Livermoore przez wiele lat udoskonalali skomplikowane algorytmy służące symulacji procesów powstawania gwiazd. W połączeniu z zaawansowanymi technikami komputerowymi najnowsza wersja ich oprogramowania o nazwie ORION pozwoliła im na przeprowadzenie szczegółowej trójwymiarowej symulacji kolapsu gigantycznego obłoku molekularnego, z którego narodziła się masywna gwiazda. Symulacja wymagała miesięcy czasu obliczeniowego w Centrum Superkomputerowym San Diego.

Symulacja pokazała, iż w trakcie gdy gaz opada na rosnące jądro masywnej gwiazdy, podczas gdy ciśnienie promieniowania odrzuca materiał, a grawitacja go przyciąga, pojawiają się zaburzenia, z których rozwijają się kanały umożliwiające promieniowaniu ucieczkę z obłoku, podczas gdy gaz nadal opada na gwiazdę poprzez odrębne kanały.

„Widać obszary gazu opadające na jądro, o promieniowanie przeciekające pomiędzy nimi „- mówi Krumholz. -” To dowodzi, że zbędne są jakieś egzotyczne mechanizmy. Masywne gwiazdy powstają w wyniku działania tego samego procesu akrecji co gwiazdy o normalnej masie.”

Rotacja obłoku w trakcie kolapsu prowadzi do powstania dysku materii, który odżywia rosnącą protogwiazdę. Jednak ponieważ sam dysk jest niestabilny grawitacyjnie również w nim tworzą się zagęszczenia prowadzące do powstania serii mniejszych gwiazd, z których większość kończy życie zderzając się z centralną protogwiazdą. W symulacji jedna z dodatkowych gwiazd  stała się wystarczająco masywna by oderwać się i stworzyć własny dysk akrecyjny a wreszcie rosnąc i stając się masywną towarzyszką głównej gwiazdy. Trzecie mniejsza gwiazda również powstała, jednak została wyrzucona na wydłużoną orbitę, a w końcu została pożarta przez główną gwiazdę.

Gdy astronomowie zatrzymali symulację – po tym jak pozwolili gwiazdom rosnąć przez 57 000 lat czasu (symulacji) – powstałe gwiazdy miały masy 41.5 i 29.2 razy większe od Słońca i okrążały wspólny środek ciężkości na stosunkowo szerokich orbitach.

„To co powstało w efekcie symulacji to stosunkowo często spotykana konfiguracja masywnych gwiazd „- podsumowuje Krumkolz. -„Myślę, że zagadkę powstawania masywnych gwiazd możemy uznać za rozwiązaną.”

Źródło:

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *