Masivní hvězdy rostou tím, že jí jídlo z prstu

Astronomové úplně nechápou, jak se tvoří nejmasivnější hvězdy galaxie, ale nová simulace vrhá světlo na proces hvězdného zrození.

Masivní hvězdy způsobují zmatek v jejich okolí při narození a smrti, a to nikde není vidět lépe než v mozaice 48-obrazové mozaiky Hubbleova vesmírného teleskopu mlhoviny Eta Carina.
NASA / ESA

Pokud jste se někdy pokusili krmit batolata, víte, že odtlačují jídlo tak často, jak ho jedí.

Masivní hvězdy se tak moc neliší. Jako kojenci tyto hvězdy podněcují jadernou fúzi dříve, než dokončily nahromadění veškerého okolního plynu, a následující brilanci odtlačuje samotný plyn, který potřebují k růstu.

Přesto vidíme obrovské hvězdy, dokonce i hvězdy více než 100krát větší než Slunce, rozptýlené po celé Mléčné dráze. Takže svou práci zvládnou, ale jak? V přednášce na 229. zasedání Americké astronomické společnosti v lednu Anna Rosen (University of California, Santa Cruz) představila odpověď na tuto otázku: finger food.

Hvězdy více než osmkrát větší než Slunce tvoří jen 1% hvězdné populace naší galaxie, ale to, co jim chybí v počtech, které si vymyslí u moci: jejich intenzivní záření vyvíjí fyzický tlak a tlačí okolní plyn. Brilantní světlo také ničí prach a dokonce dělí blízké atomy na jejich protony a elektrony. Nemluvě o velkolepých detonacích, které znamenají konec jejich života. Zpětná vazba od rostoucích a umírajících masivních hvězd řídí vývoj galaxií.

Hvězda v krabici

Abychom pochopili tyto dalekosáhlé účinky, teoretici, jako je Rosen, jsou v procesu simulace životů (a smrti) hvězd. Úkol je enormní a zatěžuje dostupnou výpočetní sílu, takže teoretici se musí co nejvíce zjednodušit na holé potřeby. Ale jak postupuje pole, teoretici pracují na tom, aby simulace byly co nejvíce věrné.

Například i když tlak vyvíjený hvězdným zářením dominuje dynamice plynu dodávajícího kojeneckou hvězdu, možná jej dokonce úplně zastavuje, dosud nebyly simulace vlivu radiačního tlaku plně zohledněny.

To je místo, kde Rosenova práce přichází: simulovala hvězdné zrození uprostřed bouřlivého shluku plynu, přičemž zohlednila jak intenzivní radiační pole hvězd, tak i záření z prachu a plynu, které rozděluje vlastní světlo hvězdy na delší vlnové délky. Simulace jsou zveřejněny v měsíčních oznámeních Královské astronomické společnosti (předtisk arXiv).

Výsledky jsou fascinující sledovat (tato simulace je 40 000 astronomických jednotek na straně):

Přiblížit pro bližší pohled (tato simulace je 12 000 astronomických jednotek na straně):

I když radiační tlak hvězdy vytlačuje velké dutiny, plyn stále protéká přes rozšířený akreční disk obklopující hvězdu. Ale to není jediný způsob, jak se hvězda živí. Podívej se pozorně a uvidíš, že uprostřed bouřlivého roilu se malé prsty plynu, které zpočátku cestovaly ven, dokázaly protáhnout zpět a dodávat kousky plynu rostoucí hvězdě.

Tyto prsty se nazývají nestabilita Rayleigh-Taylora, ai když nestudujete formaci hvězd pro život, pravděpodobně jste je už dříve viděli. Vyskytují se vždy, když těžší tekutina leží na horní části lehčí tekutiny - těžší tekutina chce kvůli gravitaci spadnout a lehčí tekutina chce vznášet. Vířící výsledky této nestability můžete vidět, kdykoli nalijete mléko do kávy:

Růst podle nestability

Klíčovým pokrokem v této simulaci je rozlišení. V předchozí práci se nízkým rozlišením vyhladily drobné změny a na prvním místě se zabránilo nestabilitě. V Rosenových simulacích vyšší rozlišení nejen umožňuje bližší pohled na formující hvězdu, ale také umožňuje malým strukturám tvořit se a růst ve velikosti.

To znamená, že je ještě třeba udělat: Rosen říká, že tato simulace nezahrnuje větry ani výtoky z formující hvězdy - a musí být nějaká - a ignoruje magnetická pole. Stále existuje způsob, jak se dokonce i nejmodernější simulace stanou skutečnými.

Co je však opravdu pěkné, je to, že ostatní astronomové už mohli spatřit nestability, které tato simulace předpovídá.

V roce 2013 objevila Nanda Kumar (Univerzita v Porto, Portugalsko), co vypadalo jako Rayleigh-Taylorovy rysy při pozorováních Velkého dalekohledu v oblasti, která vytváří obrovské hvězdy. Tyto rysy, publikované v Astronomy & Astrofyzics, jsou na stupnici tisíců astronomických jednotek (au) - mnohem větší než ty, které jsou vidět v Rosenově simulaci. Protože však tyto nestability obvykle začínají v malém měřítku a pak se neustále zvětšují, je možné, že Kumar skutečně spatřil ten jev, který Rosen simuloval.


Přečtěte si o tvorbě hmotných hvězd v čísle Sky & Telescope z října 2015 a přihlaste se k odběru podrobnějších funkcí v astronomii.