恒星的诞生是件相当疯狂又宏伟的事情,不过和人类怀胎10个月相比,宇宙孕育一颗恒星耗时长达数千万年,不是我们能从头观察到尾的过程。但通过科学家最创业公司建的壮观3D模拟,我们可以仿佛完整陪产一趟。
科学家已经尝试模拟恒星的形成过程几十年了,但多数模型只能模拟微小云层,而不是高分辨率的大范围气体云。在未能综观的前提下,我们可能会错过许多影响恒星结果的因素。
然而恒星形成从开始到结束需要数千万年时间,从质量达太阳数百万倍的分子云开始,团块在自身重力作用下塌缩形成原恒星,接着恒星开始旋转并吸引周边物质形成圆盘,待获得足够质量后,核心开始能点燃核融合,其他剩余物质则形成行星、小行星等。
然而这所有一切通常都掩盖在浓密的云气之下,且就算天文学家观察到宇宙一角有恒星诞生迹象,和人类一生相比也只是短暂一瞥。为了查看恒星形成的完整动态过程,我们必须依靠模拟,而包括美国西北大学在内的一个团队,最近开发了第一个包含完整分子云系统(恒星苗圃)、同时考虑恒星反馈(包括喷流、辐射、恒星风和附近超新星活动)的模型,称为Starforge。
该模型在确定恒星质量方面带来关键限制,也就是当恒星形成时,实际上它会沿着两极发射气体。如此才能防止恒星变得太大,如果没有这些喷流,则形成的恒星可能比太阳大10倍。从团队的模拟视频中可见,初始云团一开始还散步在太空,随着时间流逝,气体被星际风和冲击波之类的力推动,从而形成更高密度的区域,然后在重力作用下坍塌形成原恒星。
随着恒星形成和增长,它开始产生强大的恒星风,而落入恒星的物质开始与恒星磁场相互作用,其中一部分沿着磁力线流向两极,然后以强大的电浆喷流形式喷入太空,这种反馈机制将周围气体推开切断了物质流供给,阻止恒星进一步生长,方能形成如今常见的正常尺寸。
了解恒星后才能了解星系与宇宙由什么构成,这个让超级计算机耗费100多天才运行完成的最精致恒星形成模型,将帮助我们更理解为何恒星形成如此缓慢且效率低下,以及决定恒星质量的确切原因是什么。
新论文发布在《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。
(首图来源:视频截屏)