最真實的恆星誕生模擬,噴流嚴格限制恆星最終形成尺寸

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 21 日 9:10 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


恆星的誕生是件相當瘋狂又宏偉的事情,不過和人類懷胎 10 個月相比,宇宙孕育一顆恆星耗時長達數千萬年,不是我們能從頭觀察到尾的過程。但透過科學家最新建立的壯觀 3D 模擬,我們可以彷彿完整陪產一趟。

科學家已經嘗試模擬恆星的形成過程幾十年了,但多數模型只能模擬微小雲層,而不是高解析度的大範圍氣體雲。在未能綜觀的前提下,我們可能會錯過許多影響恆星結果的因素。

然而恆星形成從開始到結束需要數千萬年時間,從質量達太陽數百萬倍的分子雲開始,團塊在自身重力作用下塌縮形成原恆星,接著恆星開始旋轉並吸引周遭物質形成圓盤,待獲得足夠質量後,核心開始能點燃核融合,其他剩餘物質則形成行星、小行星等。

然而這所有一切通常都掩蓋在濃密的雲氣之下,且就算天文學家觀察到宇宙一角有恆星誕生跡象,和人類一生相比也只是短暫一瞥。為了查看恆星形成的完整動態過程,我們必須依靠模擬,而包括美國西北大學在內的一個團隊,最近開發了第一個包含完整分子雲系統(恆星苗圃)、同時考慮恆星反饋(包括噴流、輻射、恆星風和附近超新星活動)的模型,稱為 Starforge。

該模型在確定恆星質量方面帶來關鍵限制,也就是當恆星形成時,實際上它會沿著兩極發射氣體。如此才能防止恆星變得太大,如果沒有這些噴流,則形成的恆星可能比太陽大 10 倍。從團隊的模擬影片中可見,初始雲團一開始還散步在太空,隨著時間流逝,氣體被星際風和衝擊波之類的力推動,從而形成更高密度的區域,然後在重力作用下坍塌形成原恆星。

隨著恆星形成和成長,它開始產生強大的恆星風,而落入恆星的物質開始與恆星磁場相互作用,其中一部分沿著磁力線流向兩極,然後以強大的電漿噴流形式噴入太空,這種反饋機制將周圍氣體推開切斷了物質流供給,阻止恆星進一步生長,方能形成如今常見的正常尺寸。

了解恆星後才能了解星系與宇宙由什麼構成,這個讓超級電腦耗費 100 多天才運行完成的最精緻恆星形成模型,將幫助我們更理解為何恆星形成如此緩慢且效率低下,以及決定恆星質量的確切原因是什麼。

新論文發表在《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。

(首圖來源:影片截圖