Wideo dnia: fantastyczna wizualizacja pokazuje, jak rodzą się nowe gwiazdy

W ramach programu STARFORGE zespół astrofizyków z Uniwersytetu Northwestern opracował właśnie trójwymiarową symulację procesu powstawania gromady gwiazd w niespotykanej dotąd rozdzielczości. Symulacja, jako pierwsza w historii, uwzględnia nie tylko proces powstawania i ewolucji gwiazd, ale także wpływ tychże na sam obłok, manifestujący się dżetami, silnym promieniowaniem, wiatrami gwiezdnymi czy eksplozjami supernowych. Jest to pierwsza symulacja, która łączy wszystkie te procesy, które dotychczas były symulowane indywidualnie. Dzięki temu po raz pierwszy możemy obejrzeć, jak faktycznie wygląda kosmiczne otoczenie, w którym powstają zupełnie nowe gwiazdy.

Twórcy symulacji zauważają, że jak dotąd symulacje tego typu ograniczały się do bezpośredniego otoczenia powstającej gwiazdy, nie dając możliwości analizowania szerszej dynamiki zapadającego się w gwiazdy obłoku materii. Symulacja STARFORGE pozwoliła przeanalizować obszar sto razy większy od jakiegokolwiek wcześniej, dzięki czemu można w niej analizować złożone interakcje zachodzące w tworzącej się gromadzie gwiazd.

Symulacja STARFORGE uruchamiana jest przez jeden z największych superkomputerów na świecie, a mimo to przeprowadzenie symulacji potrafi mu zająć nawet do trzech miesięcy.

Na początku zawsze znajduje się obłok zimnego gazu o masie od kilkudziesięciu do milionów mas Słońca. W toku jego ewolucji, we wnętrzu pojawiają się lokalne zagęszczenia, które w odpowiednich warunkach ulegają kolapsowi i dzieleniu na mniejsze fragmenty, które kontynuując już niezależnie zapadanie się pod wpływem grawitacji, z czasem zamieniają się w pojedyncze gwiazdy. Formujące się nowe obiekty zaczynają emitować dżety gazu rozcinające otaczający je obłok gazowy. Cała symulacja kończy się w punkcie gdy już mamy samy gwiazdy i w otoczeniu nie ma już gazu do tworzenia kolejnych.

Uwzględnienie w symulacji wszystkich procesów zachodzących w zapadającym się obłoku gazowym pozwoliło już naukowcom poczynić pewne odkrycia. Dotychczasowe modele, które nie uwzględniały dżetów emitowanych przez protogwiazdy, wskazywały, że z obłoku powstają masywne gwiazdy, nawet dziesięciokrotnie większe od Słońca. Samo dołączenie do symulacji dżetów diametralnie zmieniło wyniki symulacji - dżety powstrzymywały na pewnym etapie dopływ nowego gazu do gwiazdy, przez co ostatecznie osiągała ona znacznie mniejszą masę, co dużo bardziej zgadza się z obserwacjami młodych obiektów gwiazdowych.

Dokładne poznanie procesów zachodzących w trakcie powstawania nowych gwiazd jest kluczowe dla badaczy zajmujących się nie tylko ewolucją gwiazd i układów planetarnych, ale także dla wszystkich zajmujących się ewolucją całych galaktyk. Symulacje takie jak STARFORGE pozwolą nam w najbliższym czasie lepiej zrozumieć etapy ewolucji obiektów obserwowanych we wszechświecie. Jakby wszak nie patrzeć, proces powstawania gwiazd trwa miliony lat, a człowiek w ciągu swojego życia widzi jedynie pojedynczą stopklatkę z tego procesu, która na przestrzeni jego życia jest niemalże nieruchoma.