Przepis na gromady gwiazd

Zdjęcie symulowanego gigantycznego obłoku molekularnego. Źródło: McMaster University

Gromady gwiazd, które znajdujemy w całym wszechświecie i na przestrzeni całej jego historii, powstały w jeden i ten sam sposób, twierdzą badacze z McMaster University.

Badacze Corey Howard, Ralph Pudritz oraz William Harris, autorzy artykułu opublikowanego 25 czerwca w periodyku Nature Astronomy wykorzystali wyrafinowane symulacje komputerowe do odtworzenia tego co się dzieje wewnątrz olbrzymich obłoków skoncentrowanego gazu, o których wiemy, że to właśnie w nich powstają gromady gwiazd związane grawitacyjnie.

Najnowsze symulacje przedstawiają obłok międzygwiezdnego gazu o średnicy 500 lat świetlnych, obejmują 5 milionów lat ewolucji zdominowanej przez turbulencje, grawitację oraz wpływ intensywnego ciśnienia promieniowania emitowanego przez masywne gwiazdy w tworzących się gromadach.

Badania wskazują, że owe siły prowadzą do powstania gęstych włókien, którymi gaz transportowany jest do miejsca, w którym z czasem powstają superjasne gromady gwiazd, które łączą się z innymi gromadami w rozległe gromady kuliste.

„Większość gwiazd w galaktyce powstaje w gromadach gwiazd istniejących wewnątrz gęstych obłoków molekularnych, zatem jednym z podstawowych pytań w astronomii jest to w jaki sposób powstają w różnych warunkach gromady gwiazd zawierające od setek do milionów gwiazd,” mówi Pudritz. „Nasze symulacje zostały zaprojektowane dokładnie do tego, aby określić czy jest to jeden uniwersalny proces.”

Wewnątrz swojej symulacji autorzy wprowadzali dane dla takich zmiennych jak ciśnienie gazu, turbulencje, intensywność promieniowania, a następnie uruchamiali całą symulację wykorzystując do tego zasoby SciNet, największego w Kanadzie centrum superkomputerowego.

Po miesięcy pracy, program odtworzył gromady gwiazd identyczne z tymi, które obserwujemy w przestrzeni kosmicznej, dowodząc tym samym, że naukowcom udało się odtworzyć proces formowania gromad gwiazd, który od wielu lat pozostawał tematem debat w środowisku astrofizyków.

„Nasze prace wskazują, że w odpowiednio dużym obłoku gazu, z czasem naturalnie pojawią się masywne gromady gwiazd” mówi Howard. „Skoro masywne gromady gwiazd odzwierciedlają warunki galaktyk, w których powstają, możemy być także w stanie odtworzyć warunki panujące w odległym wszechświecie”.

Wielu naukowców wcześniej twierdziło, że gromady gwiazd o różnych rozmiarach powstają w odmienny sposób, jednak nowe badania wskazują, że w rzeczywistości wszystkie gromady gwiazd powstają tak samo.

Symulacje wskazują, że skutek zależy od początkowego obłoku gazu, który po wykonaniu na nim pracy przez turbulencje, grawitację i feedback odpowiedniej pracy, stworzą na przestrzeni kilku milionów lat gromady gwiazd o różnych rozmiarach.

„To pierwszy przekonujący sposób modelowania procesów formowania gromad gwiazd” mówi Harris. „Można go stosować do każdej skali mas – do małych gromad oraz do dużych – i to w dowolnym momencie historii wszechświata i dla dowolnej galaktyki”.

Według autorów, tego typu symulacje były nie do pomyślenia jeszcze 10 lat temu. Sukces obecnego projektu wskazuje, że podobne badania nad innymi złożonymi problemami, takimi jak formowanie całych galaktyk, aż do narodzin poszczególnych, pojedynczych gwiazd, mogą być wkrótce w naszym zasięgu.

Źródło: McMaster University