恒星是若何形成的?最新的研究找到了谜底的要害!_科技新闻

2021-02-28 网络
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原题目:恒星是若何形成的?最新的研究找到了谜底的要害!

恒星是若何形成的?

我们知道它们是由被称为分子云的伟大结构组成的,而分子云自己是由星际介质(ISM)形成的。然则某些类型的恒星是若何以及为什么形成的呢?为什么在某些情况下,会形成像太阳这样的恒星,而不是红矮星或蓝巨星?

这是天文学的核心问题之一。这也是一个异常庞大的问题。

ISM是一个星系中太阳系之间的物质和能量。当ISM分裂成称为分子云的伟大气体云时,恒星的形成就最先了,分子云是恒星的前身。科学家们对星际湍流在碎片化历程中饰演的角色以及它若何影响最终形成的恒星类型存在疑问。

ISM与恒星有着庞大的关系。在恒星形成之后,它们最终会通过超新星、行星状星云和恒星风将物质返回ISM。这种在恒星和ISM之间的往返决议了一个星系的恒星形成速率和恒星形成寿命。

星际湍流在这一切中起着核心作用。一项新的研究模拟了ISM是若何形成分子云的。这项新研究的作者对这种湍流进行了迄今为止最高分辨率的超级盘算机模拟。这项研究揭晓在《自然天文学》杂志上。

ISM中的湍流不仅决议了恒星的形成速率,也决议了形成恒星的类型。从这个意义上说,它也会影响行星的形成。以是,研究湍流直接与行星有关,甚至与生命有关。ISM在恒星之间的空间中不是均匀漫衍的。它的漫衍类似于烟雾的上升、下降。据该研究的作者称,湍流是明白气体若何碎片的要害。

图中显示了湍流模拟的一个截面。颜色示意密度相对于气体平均密度的对比。

它的紊流结构清晰可见。特别是,大量的激波锋面泛起,可以通过密度从高密度到低密度的急剧转变辨认出来。ISM中的湍流与烟雾中的湍流有相似之处。两者中的大尺度湍流都倾向于向小尺度湍流级联。但这种对照并不完善,由于ISM异常懦弱,每平方厘米体积只有1到100个粒子。显然,烟的密度要大得多。

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在稀薄的ISM中,湍流能量瀑布下降到比在烟雾中更小的尺度,不仅由于它有多稀薄,而且由于ISM有异常低的粘度。最终,这种级联将湍流运动的速率从超音速降低到音速。当湍流跨越这个阈值时,气体云就从湍流主导变为重力主导。这一切发生的时间和方式决议了分子云浓密核的巨细。正是这些浓密的内核导致了恒星的形成。

这张图片上显示的区域被称为北极星耀斑,这是小熊座的一个灰尘和气体区域,距离地球490光年。它显示了几个缠绕在一起的星际细丝,它们在太空中延伸了几十光年。从湍流主导到重力主导的转变是云中一个物理位置,只管有理论展望,但过渡区的位置、形状和宽度都是未知的。

“物理历程是云云庞大,它们的相互作用只能在盘算机模拟的辅助下进行研究,”该研究的合著者、来自海德堡大学的拉夫·克莱森教授说。

费德拉斯和他的同事们模拟了超音速和音速尺度两侧的湍流。气体云内部湍流的动力学及其庞大,需要壮大的盘算能力来模拟。费德拉斯在一份新闻稿中注释说:“在我们的特殊模拟中,我们想要跟踪超音速和亚音速湍流级联,声级介于两者之间,我们必须在空间局限内解决至少四个数量级的问题。”

这是研究团队模拟视频的截图凭据研究小组的说法,他们的模拟取得了伟大的乐成,证实了理论展望。他们能够找到超音速和音速之间的过渡区域的位置,而且能够量化它的宽度和形状。他们还发现,这种转变并没有清晰地描绘出来,而是发生在一个很大的局限内。

不仅云云,他们还将模拟效果与观察到的银河系气体云进行了对照。这些考察证实了他们的发现。

更普遍的天文学研究整体已经注重到了这个团队的事情。加州大学伯克利分校天文系的克里斯托弗·麦基和新泽西州普林斯顿高等研究院的詹姆斯·斯通在《自然天文学》杂志上揭晓了一篇关于这项研究意义的新闻和看法文章。

恒星的形成在天体物理学中是至关重要的,它不仅导致了在宇宙中观察到的恒星的差别局限,而且(间接地)导致了行星和黑洞的形成,重元素的发生,通过辐射、风和超新星的反馈来引发星际介质和环星系介质,甚至是星系的演化。

这是一张哈勃拍摄的船底座星云全景照片,展示了恒星风和来自信质量恒星的电离辐射对降生恒星的分子云的湍流效应。由于分子云和恒星形成的时间尺度,它无法通过观察进行研究。它只能通过模拟来解决,模拟的效果可以与观察效果相对照,就像在这项新研究中一样。超音速湍流庞大而非线性的结构使得数值实验对于明白恒星形成的物理历程至关重要。

盘算能力的快速生长使这些类型的模拟成为可能,对于研究这个问题的科学家来说,壮大的盘算机和同样壮大的软件的生长正在推动明白的前沿。虽然开发能够充分利用这类系统的科学软件将是一个重大挑战,但未来用盘算方法观察天体物理学的普遍问题,包罗恒星形成,仍然异常灼烁。

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