Một lát cắt thông qua mô phỏng 3 chiều của một khối hỗn loạn của hydro phân tử. Tín dụng hình ảnh: Mark Krumholz. Nhấn vào đây để phóng to
Các nhà vật lý thiên văn tại Đại học California, Berkeley và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã làm bùng nổ một trong hai lý thuyết cạnh tranh về cách các ngôi sao hình thành bên trong những đám mây khí khổng lồ.
Mô hình đó, chưa đầy 10 năm và được một số nhà thiên văn học người Anh vô địch, dự đoán rằng các đám mây hydro giữa các vì sao phát triển thành cụm trong đó một số lõi nhỏ - hạt giống của các ngôi sao trong tương lai - hình thành. Các lõi này, chưa đầy một năm ánh sáng, sụp đổ dưới trọng lực của chính chúng và cạnh tranh khí trong cụm xung quanh, thường tăng gấp 10 đến 100 lần khối lượng ban đầu của chúng từ khối.
Mô hình thay thế, thường được gọi là lý thuyết sụp đổ lực hấp dẫn và phân mảnh, và cũng cho rằng các đám mây phát triển thành cụm trong đó các lõi proto-stellar hình thành. Nhưng trong lý thuyết này, các lõi rất lớn và, mặc dù chúng có thể phân mảnh thành các mảnh nhỏ hơn để tạo thành hệ nhị phân hoặc nhiều sao, chứa gần như toàn bộ khối lượng mà chúng từng có.
Trong sự bồi đắp cạnh tranh, lõi là những hạt giống phát triển để trở thành ngôi sao; trong bức ảnh của chúng tôi, các lõi biến thành các ngôi sao, Chris giải thích Chris McKee, giáo sư vật lý và thiên văn học tại UC Berkeley. Các quan sát cho đến nay, tập trung chủ yếu vào các khu vực hình thành sao có khối lượng thấp, như mặt trời, phù hợp với mô hình của chúng tôi và không phù hợp với chúng.
Sự bồi đắp cạnh tranh là một lý thuyết lớn về sự hình thành sao ở châu Âu và bây giờ chúng tôi nghĩ rằng đó là một lý thuyết đã chết, ông nói thêm Richard Klein, một giáo sư phụ trợ của thiên văn học tại UC Berkeley và một nhà nghiên cứu tại LLNL.
Mark R. Krumholz, hiện là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Princeton, McKee và Klein báo cáo những phát hiện của họ trong số ra ngày 17 tháng 11 của tạp chí Nature.
Cả hai lý thuyết đều cố gắng giải thích làm thế nào các ngôi sao hình thành trong các đám mây hydro phân tử lạnh, có lẽ là 100 năm ánh sáng và chứa khối lượng gấp 100.000 lần mặt trời của chúng ta. Những đám mây như vậy đã được chụp bằng màu sắc rực rỡ bởi các kính viễn vọng không gian Hubble và Spitzer, nhưng động lực của một đám mây khác sụp đổ thành một hoặc nhiều ngôi sao thì không rõ ràng. Một lý thuyết về sự hình thành sao là rất quan trọng để hiểu cách các thiên hà và cụm thiên hà hình thành, McKee nói.
Sự hình thành sao Ngôi sao là một vấn đề rất phong phú, liên quan đến các câu hỏi như các ngôi sao như mặt trời hình thành như thế nào, tại sao một số lượng rất lớn các ngôi sao nằm trong các hệ sao nhị phân và sao có khối lượng gấp mười đến một trăm lần khối lượng mặt trời, nói. Các ngôi sao lớn hơn rất quan trọng bởi vì, khi chúng phát nổ trong siêu tân tinh, chúng tạo ra hầu hết các nguyên tố nặng mà chúng ta thấy trong vật liệu xung quanh chúng ta.
Mô hình bồi tụ cạnh tranh đã được ấp ủ vào cuối những năm 1990 để đối phó với các vấn đề với mô hình sụp đổ lực hấp dẫn, dường như có vấn đề khi giải thích cách các ngôi sao lớn hình thành. Cụ thể, lý thuyết không thể giải thích được tại sao bức xạ cực mạnh từ một hạt sao lớn không chỉ thổi bay lớp ngoài sao Star và ngăn nó phát triển lớn hơn, mặc dù các nhà thiên văn học đã phát hiện ra những ngôi sao có khối lượng gấp 100 lần mặt trời.
Trong khi các nhà lý thuyết, trong đó có McKee, Klein và Krumholz, đã đưa ra lý thuyết sụp đổ lực hấp dẫn xa hơn để giải thích vấn đề này, thì lý thuyết bồi đắp cạnh tranh ngày càng mâu thuẫn với các quan sát. Ví dụ, lý thuyết bồi tụ dự đoán rằng các sao lùn nâu, là những ngôi sao thất bại, bị ném ra khỏi các cụm và mất các đĩa khí và bụi bao quanh. Tuy nhiên, trong năm vừa qua, nhiều ngôi sao lùn nâu đã được tìm thấy với các đĩa hành tinh.
Các nhà lý thuyết bồi đắp cạnh tranh đã bỏ qua những quan sát này, ông Klein Klein nói. Thử nghiệm cuối cùng của bất kỳ lý thuyết nào là nó đồng ý với quan sát như thế nào, và ở đây lý thuyết sụp đổ lực hấp dẫn dường như là người chiến thắng rõ ràng.
Mô hình được Krumholz, McKee và Klein sử dụng là một mô phỏng siêu máy tính về động lực học phức tạp của khí bên trong một đám mây hydro phân tử xoáy, hỗn loạn khi nó tích tụ lên một ngôi sao. Nghiên cứu của họ là nghiên cứu đầu tiên về tác động của nhiễu loạn đối với tốc độ mà một ngôi sao tích tụ vật chất khi nó di chuyển qua đám mây khí và phá hủy lý thuyết bồi đắp cạnh tranh của Drake.
Sử dụng 256 bộ xử lý song song tại Trung tâm siêu máy tính San Diego tại UC San Diego, họ đã chạy mô hình của mình trong gần hai tuần để cho thấy rằng nó thể hiện chính xác động lực hình thành sao.
Trong sáu tháng, chúng tôi đã nghiên cứu các mô phỏng độ phân giải cao, rất chi tiết để phát triển lý thuyết đó. Sau đó, khi có lý thuyết đó, chúng tôi đã áp dụng nó vào các khu vực hình thành sao với các thuộc tính mà người ta có thể lượm lặt được từ một khu vực hình thành sao.
Các mô hình, cũng được chạy trên các siêu máy tính tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và LLNL, cho thấy sự nhiễu loạn trong lõi và cụm xung quanh sẽ ngăn chặn sự bồi tụ thêm khối lượng lớn vào một protostar.
Chúng tôi đã chỉ ra rằng, do nhiễu loạn, một ngôi sao không thể tích tụ khối lượng lớn hơn nhiều từ khối xung quanh, theo Klein Klein. Theo lý thuyết của chúng tôi, một khi lõi sụp đổ và mảnh vỡ, ngôi sao đó về cơ bản có tất cả khối lượng mà nó sẽ có. Nếu nó được sinh ra trong lõi có khối lượng thấp, cuối cùng nó sẽ trở thành một ngôi sao có khối lượng thấp. Nếu nó sinh ra trong lõi có khối lượng lớn, nó có thể trở thành một ngôi sao có khối lượng lớn.
McKee lưu ý rằng các nhà nghiên cứu mô phỏng siêu máy tính của nhà nghiên cứu cho thấy sự bồi đắp cạnh tranh có thể hoạt động tốt đối với các đám mây nhỏ với rất ít nhiễu loạn, nhưng những điều này hiếm khi, nếu có, xảy ra và chưa được quan sát cho đến nay. Các khu vực hình thành sao thực sự có nhiều nhiễu loạn hơn so với giả định trong mô hình bồi tụ và nhiễu loạn không nhanh chóng phân rã, như mô hình đó giả định. Một số quy trình không xác định, có lẽ là vật chất chảy ra từ các nguyên mẫu, giữ cho khí được đun sôi để lõi không bị sụp đổ nhanh chóng.
Cơn lốc hỗn loạn chống lại trọng lực; nếu không có nó, một đám mây phân tử sẽ sụp đổ nhanh hơn nhiều so với quan sát được, Klein Klein nói. Cả hai lý thuyết đều cho rằng nhiễu loạn là có. Điều quan trọng là (đó) có những quá trình đang diễn ra khi các ngôi sao bắt đầu hình thành để giữ cho nhiễu loạn tồn tại và ngăn không cho nó phân rã. Mô hình bồi tụ cạnh tranh không có cách nào để đưa điều này vào tính toán, điều đó có nghĩa là họ không mô hình hóa các khu vực hình thành sao thực sự.
Klein, McKee và Krumholz tiếp tục cải tiến mô hình của họ để giải thích làm thế nào bức xạ từ các nguyên mẫu lớn thoát ra mà không thổi bay tất cả khí gas. Ví dụ, họ đã chỉ ra rằng một số bức xạ có thể thoát ra qua các lỗ hổng được tạo ra bởi các tia nước được quan sát để đi ra khỏi cực của nhiều ngôi sao đang hình thành. Nhiều dự đoán về lý thuyết này có thể được trả lời bằng các kính viễn vọng mới và lớn hơn hiện đang được chế tạo, đặc biệt là kính viễn vọng ALMA có độ phân giải cao, nhạy cảm đang được chế tạo ở Chile bởi một tập đoàn của các nhà thiên văn học Hoa Kỳ, Châu Âu và Nhật Bản, McKee nói.
Công trình được hỗ trợ bởi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia, Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng.
Nguồn gốc: UC Berkeley Tin tức phát hành
