惊艳！首个模拟完整气体云高分辨率模型：看一颗恒星是如何诞生的

第一个模拟整个气体云的高分辨率模型已经诞生，恒星在气体云中形成，这使得研究人员能够观察到恒星的诞生。  

包括伊利诺伊西北大学天体物理学家在内的一个团队开发了迄今为止最真实、分辨率最高的恒星形成3D模拟。

他们的成果是一个非常美丽的视觉工具，当恒星在其周围出现时，观察者可以漂浮在五颜六色的气体云周围。

这个名为STARFORGE(气态环境中的恒星形成)的计算框架是第一个以全彩高分辨率模拟整个气体云，其质量比以前可能的要大100倍。

这也是第一次模拟恒星的形成、演化和动力学，同时也考虑了喷流、辐射、风和附近的超新星活动。

研究人员的目标是探索以下问题:为什么恒星形成缓慢而低效，是什么决定了恒星的质量，以及为什么恒星倾向于形成星团。

STARFORGE背后的团队来自多个机构，包括西北大学、德克萨斯大学、加州理工学院、多伦多大学和哈佛大学。

他们已经通过STARFORGE发现了原恒星喷流——高速的气体流——在决定恒星质量方面起着至关重要的作用。

通过计算一颗恒星的确切质量，研究人员可以确定它的亮度和内部机制，并更好地预测它的死亡。

西北大学的Michael Grudić说:“人们模拟恒星形成已经有几十年了，但是STARFORGE是技术上的一次量子飞跃。”

“其他模型只能模拟恒星形成的星云的一小块，而不是高分辨率的整个星云。没有看到大局，我们就会错过很多可能影响恒星结果的因素。”

该研究的资深作者Claude-André Faucher-Giguère说，恒星的形成方式是天体物理学领域的中心问题。“这是一个非常具有挑战性的问题，因为涉及到的物理过程范围很大。这种新的模拟将帮助我们直接解决我们以前无法明确回答的基本问题。”

从开始到结束，恒星的形成需要数千万年的时间，这意味着当天文学家看到它在夜空中发生时，只是看到了一个及时的快照。

Grudić说:“恒星也是在尘埃云中形成的，所以它们大部分都是隐藏的。”

对于天体物理学家来说，要想看到完整的、动态的恒星形成过程，他们必须依靠模拟，而STARFORGE提供了有史以来最详细的视图之一。

为了开发STARFORGE，该团队整合了多种物理现象的计算代码，包括气体动力学、磁场、重力、加热和冷却以及恒星反馈过程。

有时要花整整三个月来运行一个模拟，这个模型需要世界上最大的超级计算机之一，该设备由国家科学基金会(National Science Foundation)支持，由德克萨斯州高级计算中心(Texas Advanced Computing Center)运营。

模拟结果显示，大量的气体——其质量是太阳的几千万到几百万倍——漂浮在星系中。随着气体云的演变，它会形成一些结构，这些结构会坍塌并分裂成碎片，最终形成单独的恒星。

一旦恒星形成，它们就会从两极向外喷射气体，穿透周围的云团，这一过程在没有气体残留时结束。

在第一次漫长的模拟运行完成后，STARFORGE帮助团队发现了一个关于恒星形成方式的重要新见解。

当研究人员在没有考虑喷流的情况下进行模拟时，这些恒星最终变得太大了——质量是太阳的10倍。在模拟中加入喷流后，恒星的质量变得更加真实——不到太阳质量的一半。

“喷流扰乱了向恒星流入的气体。” Grudić说，“它们基本上把原本留在恒星内会增加质量的气体吹走。”

除了更多地了解恒星，Grudić和Faucher-Giguère相信STARFORGE可以帮助我们更多地了解宇宙甚至我们自己。

Grudić说:“了解星系的形成取决于对恒星形成的假设。”

“如果我们能了解恒星的形成，那么我们就能了解星系的形成。通过了解星系的形成，我们可以更多地了解宇宙的组成。

“理解我们来自哪里以及我们在宇宙中的位置最终取决于理解恒星的起源。”

Faucher-Giguère说:“知道恒星的质量可以告诉我们它的亮度，以及恒星内部发生的核反应类型。”

“有了这些，我们就可以了解更多恒星中合成的元素，比如碳元素和氧元素，这些元素也是构成我们的元素。”

这项研究发表在《皇家天文学会月刊》上。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://academic.oup.com/mnras/advance-article-abstract/doi/10.1093/mnras/stab1347/6276745?redirectedFrom=fulltext