Geburt eines Sterns: Wissenschaftler erstellen eine realistische Simulation

Sterne, diese brillanten Lichtpunkte am Himmel, haben die Menschen verzaubert, seit wir sie zum ersten Mal mit Fantasie betrachtet haben. Von Lagerfeuern, die von fernen Göttern angezündet wurden, bis zu turbulenten Kugeln aus Kernenergie hat unser Verständnis dieser Sternobjekte einen langen Weg zurückgelegt.Sterne spielen eine entscheidende Rolle für unser derzeitiges Verständnis des Universums. Sie sind so wichtig, dass einige Astronomen dies als Stelliferous-Ära bezeichnen.

Das Verständnis der Sterne und ihrer Entstehung hat den Astronomen geholfen, das Universum und die Prozesse, die es formen, besser zu verstehen. Um den ersten Schritt der Reise eines Sterns besser zu verstehen, hat sich ein multi-institutionelles Team von Astrophysikern vorgenommen, bahnbrechend zu modellierenDetail, eine Gaswolke, die zusammenbricht und Sterne hervorbringt.

liebevoll bekannt als STARFORGE Sternentstehung in gasförmigen Umgebungen, dieses virtuelle Labor ermöglicht es Astrophysikern erstmals, eine gesamte Gaswolke zu simulieren, wodurch Wissenschaftler ein differenzierteres Verständnis der sternbildenden Nebel erhalten. STARFORGE ist in der Lage, eine Wolke zehn- bis millionenfach mehr zu simulierenmassiv als die Sonne, was es 100-mal leistungsfähiger macht als frühere Simulationen. In der Vergangenheit mussten Wissenschaftler eine kleine Ecke eines sternbildenden Nebels simulieren, aber die Kraft von STARFORGE gibt Wissenschaftlern ein viel größeres Bild.

Zusätzlich kann STARFORGE modellieren, wie Sonnenwinde, Strahlungsstrahlen und Supernova-Stoßwellen den Zusammenbruch der Gaswolke und die Entwicklung der neugeborenen Sterne beeinflussen. Frühere Simulationen konnten einige, aber nicht alle dieser physikalischen Wechselwirkungen modellieren, während STARFORGEkann sie gleichzeitig modellieren.

STARFORGE hat auch eine sehr hohe Auflösung und kann Details zu einigen zehn astronomischen Einheiten AU simulieren, was es Forschern ermöglicht, bei der Untersuchung der Sternentstehung eine bessere Sicht zu haben, da es sich um verschiedene empfindliche und komplexe Wechselwirkungen zwischen der Bildung von Sternen handeltDie Forscher hoffen, dass STARFORGE dazu beitragen kann, einige Fragen zu Sternen zu beantworten, z. B. „Warum bilden sich Sterne in Clustern?“, „Wie bilden sich diese Cluster?“, „Warum bilden sich Sterne in Clustern und wie bilden sich diese Cluster?, "und" warum haben Sterne die Massen, die sie haben. "

Größe ist alles, wenn Sie ein Star sind

Eines der wichtigsten Details, die Sie über einen Stern wissen müssen, ist seine Masse. Die Masse eines Sterns bestimmt, um welche Art von Stern es sich handelt, welchen Lebenszyklus er hat, welche Arten von Sonnensystemen sich um ihn herum bilden können und welche Arten von Einfluss er hatDie Entstehung von Sternen dauert zig Millionen Jahre und wird oft von Staub verdeckt. Daher war es für Astrophysiker eine Herausforderung, diese kritische Phase im Leben eines Sterns zu verstehen. Wann immer wir sternbildende Nebel betrachten,Wir erhalten im Grunde genommen eine Momentaufnahme des Prozesses, die fast in der Zeit eingefroren ist. Simulationen und ihre Fähigkeit, die Zeit auf einen für Astrophysiker nützlichen Maßstab zu verdichten, bieten nützliche Einblicke in diese flüchtige Welt. Wir können die Ergebnisse unserer Simulationen mit mehreren Sternhaufen vergleichenund sternbildende Nebel, um zu sehen, ob die Simulation unserer Realität entspricht.

„Die Menschen simulieren seit einigen Jahrzehnten die Sternentstehung, aber STARFORGE ist ein Quantensprung in der Technologie“, Projektprojektleiter Michael Grudić von der Northwestern University. in einer Erklärung gesagt . “Andere Modelle konnten nur einen winzigen Teil der Wolke simulieren, in dem sich Sterne bilden - nicht die gesamte Wolke in hoher Auflösung. Ohne das Gesamtbild zu sehen, vermissen wir viele Faktoren, die das Ergebnis des Sterns beeinflussen könnten.“

STARFORGE enthält Berechnungscode aus vielen verschiedenen physikalischen Wechselwirkungen, einschließlich Gasdynamik, Gravitationseinflüssen, Magnetfeldern, Temperaturänderungen und äußeren Einflüssen aus der Sternumgebung. All diese Berechnungen erfordern einige ernsthafte Rechenfeuerkraft, sodass sich das Team einer von ihnen zuwandteDie leistungsstärksten Supercomputer der Welt, die vom Texas Advanced Computing Center betrieben und von der National Science Foundation unterstützt werden. Selbst mit Hilfe des Supercomputers kann eine einzelne Simulation manchmal noch drei Monate dauern, aber das ist besser, als zehn Millionen zu wartenJahre.

Eine der Schlüsselfragen, die Forscher untersuchen möchten, ist die anfängliche Massenfunktion IWF. Dies ist einfach eine mathematische Funktion, die die anfängliche Verteilung der Massen nach einer sternbildenden Episode vorhersagt. Wenn Sie eine Population von Sternen modellieren, können Sie damit beginnenMachen Sie Vorhersagen darüber, was wir erwarten können, wenn die Sterne altern. Der IWF ist einer der wichtigsten Faktoren, die Astronomen bei der Untersuchung einer großen Anzahl von Sternen verwenden können. Der IWF bestimmt die Farbe, den Lebenszyklus und die Leuchtkraft eines Sterns. Der IWF hilft auchAstronomen schätzen, wie viele kleine nicht-stellare Objekte existieren, wie chemisch reich eine Galaxie ist und wie viele Sterne in einer Galaxie Supernovae werden. Einige Wissenschaftler glaube, es gibt einen universellen IWF, aber andere sind skeptischer und glauben, dass der IWF empfindlicher auf regionale Unterschiede reagiert.

Jets: Ja oder Nein?

STARFORGE hilft Forschern bereits dabei, die Grenzen unseres Wissens zu erweitern. Als Forscher die Simulation ohne Berücksichtigung von Solarjets durchführten, waren die resultierenden Sterne im Durchschnitt viel größer und produzierten Sterne, die etwa zehnmal so groß wie die Sonnenmasse waren. Bei diesen leistungsstarken Jetswurden in die Simulation einbezogen, waren die resultierenden Sterne realistischer und erzeugten Sterne im Durchschnitt etwa die Hälfte der Sonnenmasse.

„Jets stören den Gaszufluss zum Stern. Sie blasen im Wesentlichen Gas weg, das im Stern gelandet wäre und dessen Masse erhöht hätte. Die Leute haben vermutet, dass dies passieren könnte, aber durch die Simulation des gesamten Systems haben wir einsolides Verständnis dessen, wie es funktioniert “, sagte Grudić.„ Wenn wir die Sternentstehung verstehen können, können wir die Galaxienbildung verstehen. Und wenn wir die Galaxienbildung verstehen, können wir mehr darüber verstehen, woraus das Universum besteht. Verstehen, woher wir kommen undWie wir uns im Universum befinden, hängt letztendlich davon ab, wie die Ursprünge der Sterne verstanden werden. “

Astrophysiker werden weiterhin die Natur der Sterne untersuchen. Obwohl wir im letzten Jahrhundert viel über Sterne gelernt haben, gibt es noch viel Rätsel. In diesem Zeitalter des Universums sind Sterne die Meister der MalerDas gibt unseren Galaxien Textur und Energie. Wir werden unseren Marsch fortsetzen, um unser Universum besser zu verstehen, und hoffentlich kann STARFORGE ein Werkzeug sein, mit dem wir diesen Traum verwirklichen.