놀라운 별 산란 시뮬레이션은 가장 현실적입니다.

별이 태어난 본격적인 가스 구름을 시뮬레이션하는 최초의 고해상도 모델입니다.

팀 구성 노스 웨스턴 대학교 천체 물리학 자들은 별 형성에 대한 가장 현실적이고 가장 높은 해상도의 3D 시뮬레이션을 개발했습니다. 그 결과, 반짝이는 별이 나타나는 것을 보면서 3D 공간에서 다채로운 가스 구름 주위를 떠 다니는 시각적으로 놀라운 수학 중심의 경이로움이 있습니다.

STARFORGE (기체 환경에서 별 형성)로 알려진이 계산 프레임 워크는 이전보다 100 배 더 크고 생생한 색상으로 가득 찬 완전한 가스 구름을 시뮬레이션하는 첫 번째 프레임입니다.

또한 제트, 복사, 바람 및 인근 초신성 활동을 포함한 항성 반응을 고려하면서 동시에 별의 형성, 진화 및 역학을 모델링하는 최초의 시뮬레이션입니다. 다른 시뮬레이션에는 개별 유형의 항성 반응이 포함되어 있지만 STARFORGE는 이러한 다양한 프로세스가 별 형성에 영향을 미치기 위해 상호 작용하는 방식을 시뮬레이션하기 위해 이들을 결합합니다.

이 아름다운 가상의 실험실을 사용하여 연구자들은 왜 별의 형성이 느리고 비효율적인지, 무엇이 별의 질량을 결정하는지, 왜 별이 성단으로 형성되는 경향이 있는지 등의 장기적인 질문을 탐구하는 것을 목표로합니다.

연구원들은 이미 STARFORGE를 사용하여 별 형성에 수반되는 고속 가스 흐름 인 기본 제트가 별의 질량을 결정하는 데 중요한 역할을한다는 사실을 발견했습니다. 연구자들은 별의 정확한 질량을 계산하여 밝기와 내부 메커니즘을 결정할 수있을뿐만 아니라 별의 죽음에 대한 더 나은 예측을 할 수 있습니다.

그것은 왕립 천문학 회의 월간 고지에 새롭게 채택되었으며, 새로운 모델에 대한 연구를 자세히 설명하는 원고의 고급 버전이 2021 년 5 월 17 일 온라인에 게재되었습니다. 첨부 시트제트가 별 형성에 미치는 영향을 설명하는는 2021 년 2 월 같은 저널에 게재되었습니다.

연구를 공동 주도한 노스 웨스턴 대학교의 마이클 그로 덱은 “사람들은 20 년 동안 별 형성을 시뮬레이션 해 왔지만 STARFORGE는 기술의 비약적인 도약을 나타냅니다.”라고 말했습니다. 다른 모델은 높은 정확도로 전체 구름이 아닌 별이 형성되는 작은 구름 조각 만 시뮬레이션 할 수있었습니다. 큰 그림을 보지 못한 채 스타의 결과에 영향을 미칠 수있는 많은 요소를 놓치고 있습니다. “

연구의 주요 저자 중 한 명인 Northwestern University의 Claude-Andre Faucher-Geiger는 “별이 어떻게 형성되는지는 천체 물리학에서 핵심적인 질문”이라고 말했습니다. “관련된 일련의 물리적 프로세스로 인해 탐색하기 매우 어려운 질문이었습니다.이 새로운 시뮬레이션은 이전에 결론적으로 답할 수 없었던 근본적인 질문을 해결하는 데 도움이 될 것입니다.”

STARFORGE 시뮬레이션의 스크린 샷. 회전하는 가스 코어가 붕괴되어 주변 디스크에서 가스를 공급할 때 극을 따라 쌍극자 제트를 발사하는 중심 별을 형성합니다. 제트는 핵에서 가스를 밀어내어 결국 별이 모일 수있는 양을 제한합니다. 출처 : Northwestern University / Utah Austin

Grudic은 Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA)의 박사후 연구원입니다. Faucher-Giguère는 Northwestern University의 Weinberg School of Arts and Sciences의 물리학 및 천문학 부교수이자 CIERA의 회원입니다. Grudic은 오스틴에있는 텍사스 대학의 박사후 연구원 인 Dávid Guszejnov와 공동으로 작업을 이끌었습니다.

처음부터 끝까지 별을 형성하는 데는 수천만 년이 걸립니다. 따라서 천문학 자들이 그 과정을 엿보기 위해 밤하늘을 볼 때에도 빠른 스냅 샷 만 보여줄 수 있습니다.

Grodek은 “어떤 지역에서든 별의 형성을 관찰 할 때 우리가 보는 모든 것은 시간이 지남에 따라 얼어 붙은 별이 형성되는 지점”이라고 말했다. “별은 먼지 구름에서도 형성되기 때문에 종종 숨겨져 있습니다.”

천체 물리학 자들이 별이 생성되는 전체적인 동적 과정을보기 위해서는 시뮬레이션에 의존해야합니다. STARFORGE를 개발하기 위해 팀은 기체 역학, 자기장, 중력, 가열 및 냉각, 항성 피드백 프로세스를 포함하여 물리학의 여러 현상에 대한 계산 코드를 통합했습니다. 이 모델은 때때로 단일 시뮬레이션을 실행하는 데 3 개월이 걸리며, 세계에서 가장 큰 슈퍼 컴퓨터 중 하나가 필요합니다.이 시설은 National Science Foundation에서 지원하고 Texas Center for Advanced Computing에서 관리합니다.

결과 시뮬레이션은 은하에 떠 다니는 가스의 질량을 보여줍니다. 이것은 태양 질량의 수천에서 수백만 배입니다. 가스 구름이 발달함에 따라 붕괴하고 조각으로 분열되는 구조를 형성하여 결국 개별 별을 형성합니다. 별이 형성되면 양쪽 극에서 가스 분출이 방출되어 주변 구름을 관통합니다. 이 과정은 더 많은 별을 형성 할 가스가 남아 있지 않을 때 끝납니다.

모델링에 제트 연료 붓기

실제로 STARFORGE는 팀이 별 형성에 대한 중요한 새로운 통찰력을 발견하도록 도왔습니다. 연구자들이 제트기를 세지 않고 시뮬레이션을 실행했을 때 별은 결국 태양 질량의 10 배에 달하는 매우 커졌습니다. 시뮬레이션에 제트기를 추가 한 후 별의 질량은 태양 질량의 절반도 안되는보다 사실적이되었습니다.

“비행기는 별을 향한 가스의 흐름을 방해한다”고 Grodek은 말했다. “그들은 본질적으로 별에 들어가 질량을 증가시킬 가스를 분출하고 있습니다. 사람들은 이것이 일어날 수 있다고 의심했지만 전체 시스템을 시뮬레이션함으로써 우리는 그것이 어떻게 작동하는지 확실하게 이해하고 있습니다.”

최초의 완전한 STARFORGE 시뮬레이션의 스냅 샷. 그것은 “창조의 모루”라고 불리며, 하나의 별이 형성되고 1 차 제트, 복사, 항성풍, 붕괴하는 초신성을 포함한 전지구 적 반응을 가진 거대한 분자 구름입니다. 출처 : Northwestern University / Utah Austin

별에 대해 더 많이 이해하는 것 외에도 Grudic과 Faucher-Giguère는 STARFORGE가 우주와 우리 자신에 대해 더 많이 배울 수 있다고 믿습니다.

“은하의 형성을 이해하는 것은 별의 형성에 대한 가정에 달려있다”고 Grodek은 말했다. “우리가 별의 형성을 이해할 수 있다면 은하의 형성을 이해할 수 있습니다. 은하의 형성을 이해함으로써 우리는 우주의 구성에 대해 더 많이 이해할 수 있습니다. 우리가 어디에서 왔고 어떻게 우주에서 떨어지는 지 이해하기 궁극적으로 별의 기원을 이해하는 데 달려 있습니다. “

Faucher Geiger는 “별의 질량을 아는 것은 별의 밝기와 내부에서 일어나는 핵 반응의 유형에 대해 알려줍니다.”라고 말했습니다. “이렇게함으로써 우리는 탄소와 산소와 같은 별에서 만들어지는 원소에 대해 더 많이 배울 수 있습니다. 우리가 만들어 낸 원소이기도합니다.”

참조 : Michael Y Grodek, David Gusgenov, Philip F Hopkins, Stella SR Offner 및 Claude-Andre Faucher-Geiger의 “STARFORGE : 성단 형성 및 반응을위한 포괄적 인 수치 모드로”, 2021 년 5 월 17 일 왕립 천문 학회 월간 공지.
DOI : 10.1093 / mnras / stab1347

이 연구는 국립 과학 재단의 지원을 받았으며 NASA.