פרוסה דרך הדמיה תלת מימדית של גוש סוער של מימן מולקולרי. קרדיט תמונה: מארק קרומהולץ. לחץ להגדלה
אסטרופיסיקאים מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, והמעבדה הלאומית של לורנס ליברמור (LLNL) התפוצצו אחת משתי תיאוריות מתחרות על אופן היווצרותם של כוכבים בתוך עננים עצומים של גז בין-כוכבי.
מודל זה, שגילו פחות מעשר שנים ומאתגר על ידי כמה אסטרונומים בריטים, צופה כי ענני מימן בין-כוכבים מפתחים גושים בהם נוצרות כמה ליבות קטנות - זרעי הכוכבים העתידיים. ליבות אלה, פחות משנת אור, מתמוטטות תחת כוח המשיכה שלהן ומתחרות על הגז בגוש הסובב, ולעיתים קרובות צוברות פי 10 עד מאה מהמסה המקורית שלהן מהגוש.
המודל האלטרנטיבי, המכונה לעיתים קרובות תיאוריית "התמוטטות הכבידה והפיצול", מניח גם כי עננים מפתחים גושים בהם נוצרות גרעינים פרוטו-כוכביים. אולם בתיאוריה זו הליבות גדולות, ואף על פי שהן עשויות להתפרק לחתיכות קטנות יותר ליצירת מערכות כוכב בינאריות או מרובות, מכילות כמעט את כל המסה שאי פעם יצליחו.
"בהטמעה תחרותית, הליבות הן זרעים הצומחים להפוך לכוכבים; בתמונה שלנו, הליבות הופכות לכוכבים ", הסביר כריס מקי, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת ברקלי. "התצפיות עד כה, המתמקדות בעיקר באזורים של היווצרות כוכבים נמוכה, כמו השמש, תואמים את המודל שלנו ואינם מתיישבים עם שלהם."
"ההשתקפות התחרותית היא התיאוריה הגדולה של היווצרות הכוכבים באירופה, ואנחנו חושבים שזו תיאוריה מתה", הוסיף ריצ'רד קליין, פרופסור נוסף לאסטרונומיה באוניברסיטת ברקלי וחוקר ב- LLNL.
מארק ר. קרמהולץ, כיום עמית פוסט-דוקטורט באוניברסיטת פרינסטון, מקי וקליין מדווחים על ממצאיהם בגיליון "נובמבר 17" בנושא הטבע.
שתי התיאוריות מנסות להסביר כיצד נוצרים כוכבים בעננים קרים של מימן מולקולרי, אולי 100 שנות אור לרוחב ומכילים פי 100 ממסת השמש שלנו. עננים כאלה הצטלמו בצבע מבריק על ידי טלסקופי החלל האבל וספיצר, ובכל זאת הדינמיקה של קריסת הענן לכוכב אחד או רבים רחוקה מלהיות ברורה. תיאוריה של היווצרות כוכבים היא קריטית להבנת צורת הגלקסיות ואשכולות הגלקסיות, אמר מקי.
"היווצרות כוכבים היא בעיה עשירה מאוד, הכוללת שאלות כמו כיצד נוצרו כוכבים כמו השמש, מדוע מספר גדול מאוד של כוכבים נמצאים במערכות כוכבים בינאריות, וכמה כוכבים נוצרים פי עשרה עד מאה ממסת השמש," הוא אמר אמר. "הכוכבים המסיביים יותר חשובים מכיוון שכאשר הם מתפוצצים בסופרנובה הם מייצרים את רוב האלמנטים הכבדים שאנו רואים בחומר שסביבנו."
מודל ההקרבה התחרותי נבקע בסוף שנות התשעים, בתגובה לבעיות במודל התמוטטות הכבידה, שנראה כי התקשו להסביר כיצד נוצרים כוכבים גדולים. בפרט, התיאוריה לא יכולה הייתה להסביר מדוע הקרינה העזה מפרוטוסטאר גדול לא סתם מפוצצת את שכבותיו החיצוניות של הכוכב ומונעת ממנו להתגבר, אף על פי שהאסטרונומים גילו כוכבים שהם פי מאה ממסת השמש.
בעוד התיאורטיקנים, ביניהם מקי, קליין וקראמהולץ, קידמו את תיאוריית התמוטטות הכבידה רחוק יותר לקראת הסבר בעיה זו, תיאוריית ההקרבה התחרותית התנגשה יותר ויותר עם תצפיות. לדוגמה, תיאוריית ההקרבה צופה כי גמדים חומים, שהם כוכבים כושלים, נזרקים מגושים ומאבדים את דיסקי הגז והאבק שלהם. עם זאת בשנה האחרונה, גמדים חומים רבים נמצאו עם דיסקים פלנטריים.
"תיאורטיקני ההסמכה התחרותיים התעלמו מהתצפיות הללו", אמר קליין. "המבחן האולטימטיבי של כל תיאוריה הוא עד כמה היא מסכימה עם התבוננות, וכאן נראה כי תיאוריית התמוטטות הכבידה היא המנצחת הברורה."
המודל המשמש את קרומהולץ, מקי וקליין הוא סימולציה של מחשב-על של הדינמיקה המסובכת של הגז בתוך ענן מסתחרר וסוער של מימן מולקולרי כשהוא מתהווה בכוכב. שלהם הוא המחקר הראשון על השפעות הסערה על הקצב בו כוכב מצטבר את החומר כאשר הוא עובר דרך ענן גז, והוא הורס את תיאוריית "השביתה התחרותית".
הם העסיקו 256 מעבדים מקבילים במרכז מחשבי העל של סן דייגו ב- UC סן דייגו, והם ניהלו את הדגם שלהם במשך כמעט שבועיים כדי להראות שהוא מייצג במדויק את הדינמיקה של היווצרות הכוכבים.
"במשך חצי שנה עבדנו על סימולציות מאוד מאוד מפורטות ורזולוציה גבוהה כדי לפתח את התיאוריה הזו," אמרה קליין. "לאחר שיש תיאוריה זו בידנו, יישמנו אותה על אזורים יוצרי כוכבים עם התכונות שאפשר היה לגזור מאזור היוצר כוכבים."
הדגמים, שהופעלו גם על מחשבי-על במעבדה הלאומית של לורנס ברקלי וב- LLNL, הראו כי סערת-ליבות בליבה ובגוש הסובב ימנעו מהשבת להוסיף מסה רבה לפרוטוסטאר.
"הוכחנו כי בגלל סערבולנס, כוכב לא יכול להצביע ביעילות הרבה יותר מסת מהגוש שמסביב", אמר קליין. "בתיאוריה שלנו, ברגע שגרעין קורס ומתמוטט, הכוכב בעצם יש את כל המסה שהוא אי פעם יהיה. אם הוא נולד בליבה בעלת מסה נמוכה, זה בסופו של דבר להיות כוכב בעל מסה נמוכה. אם הוא נולד בגרעין מסה גבוה, הוא עשוי להפוך לכוכב בעל מסה גבוהה. "
מקי ציין כי הדמיית מחשב העל של החוקרים מצביעה על כך שההשתקפות התחרותית עשויה לעבוד טוב עבור עננים קטנים עם מעט סערבולנס, אך לעתים נדירות, אם בכלל, מתרחשים ולא נצפו עד כה. באזורי היווצרות הכוכבים האמיתיים יש סערה רבה בהרבה ממה שהניחו במודל ההקרבה, והסערה אינה מתפרקת במהירות, כפי שמודל זה מניח. כמה תהליכים לא ידועים, אולי חומר שזורם מהפרוטוסטרים, גורמים לגזים להתהפך כך שהליבה לא תקרוס במהירות.
"סערבול מתנגד לכוח המשיכה; בלעדיו, ענן מולקולרי היה קורס הרבה יותר מהר ממה שנצפה, "אמר קליין. "שתי התיאוריות מניחות שהסערה קיימת שם. המפתח הוא (שיש) תהליכים שמתרחשים כאשר כוכבים מתחילים להיווצר השומרים על סערה בחיים ומונעים ממנה להתפורר. למודל ההשקעה התחרותי אין שום דרך להכניס את זה לחישובים, מה שאומר שהם לא מדגמים אזורים יוצרי כוכבים אמיתיים. "
קליין, מקי וקרומהולץ ממשיכים לשכלל את המודל שלהם כדי להסביר כיצד קרינה מפרוטוסטרים גדולים בורחת מבלי לפוצץ את כל הגז החודר. לדוגמה, הם הראו שחלק מהקרינה יכולה להימלט דרך חללים שיצרו המטוסים שנצפו כמוצאים מקטבים של כוכבים רבים בהיווצרותם. McKee אמר כי טלסקופים חדשים וגדולים שנמצאים כעת בבנייה, ובעיקר הטלסקופ ALMA הרגיש והרזולוציוני הגבוה שנבנה בצ'ילה על ידי תחזיות רבות של התיאוריה.
העבודה נתמכה על ידי מינהל התעופה והחלל הלאומית, הקרן הלאומית למדע ומחלקת האנרגיה.
המקור המקורי: המהדורה החדשותית של UC Berkeley
