Sepotong melalui simulasi 3-D gumpalan hidrogen molekul yang bergelora. Kredit gambar: Mark Krumholz. Klik untuk membesarkan
Ahli astrofizik di University of California, Berkeley, dan Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) telah meletup satu daripada dua teori yang bersaing tentang bagaimana bintang terbentuk di dalam awan gas antarbintang yang sangat besar.
Model itu, yang berusia kurang dari 10 tahun dan diperjuangkan oleh beberapa ahli astronomi Britain, meramalkan bahawa awan hidrogen antara bintang akan muncul gumpalan di mana beberapa teras kecil - benih bintang masa depan - terbentuk. Inti ini, kurang dari satu tahun cahaya, runtuh di bawah graviti mereka sendiri dan bersaing untuk mendapatkan gas di gumpalan sekitarnya, sering memperoleh 10 hingga 100 kali jisim asalnya dari gumpalan tersebut.
Model alternatif, yang sering disebut sebagai teori "keruntuhan gravitasi dan fragmentasi", juga menganggap bahawa awan mengembangkan gumpalan di mana inti proto-bintang terbentuk. Tetapi dalam teori ini, intinya berukuran besar dan, walaupun dapat dipecah menjadi kepingan yang lebih kecil untuk membentuk sistem bintang berganda atau berganda, mengandungi hampir semua jisim yang mereka inginkan.
“Dalam persaingan yang kompetitif, inti adalah biji yang tumbuh menjadi bintang; dalam gambar kami, inti berubah menjadi bintang, ”jelas Chris McKee, profesor fizik dan astronomi di UC Berkeley. "Pengamatan hingga kini, yang berfokus terutama pada wilayah pembentukan bintang berjisim rendah, seperti matahari, konsisten dengan model kami dan tidak konsisten dengan model mereka."
"Peningkatan kompetitif adalah teori besar pembentukan bintang di Eropah, dan kami sekarang menganggapnya adalah teori mati," tambah Richard Klein, seorang profesor astronomi di UC Berkeley dan seorang penyelidik di LLNL.
Mark R. Krumholz, yang kini merupakan doktor pasca doktoral di Universiti Princeton, McKee dan Klein melaporkan penemuan mereka dalam edisi Nature pada 17 November.
Kedua teori cuba menerangkan bagaimana bintang terbentuk dalam awan hidrogen molekul yang sejuk, mungkin 100 tahun cahaya dan mengandungi 100,000 kali jisim matahari kita. Awan semacam itu telah difoto dengan warna yang cemerlang oleh teleskop ruang angkasa Hubble dan Spitzer, namun dinamika kejatuhan awan menjadi satu atau banyak bintang jauh dari jelas. Teori pembentukan bintang sangat penting untuk memahami bagaimana galaksi dan kelompok galaksi terbentuk, kata McKee.
"Pembentukan bintang adalah masalah yang sangat kaya, yang melibatkan persoalan seperti bagaimana bintang seperti matahari terbentuk, mengapa sebilangan besar bintang berada dalam sistem bintang binari, dan bagaimana bintang sepuluh hingga seratus kali jisim matahari terbentuk," katanya kata. "Bintang yang lebih besar penting kerana, ketika mereka meletup di supernova, mereka menghasilkan sebahagian besar unsur berat yang kita lihat dalam bahan di sekitar kita."
Model penambahan kompetitif ditetas pada akhir 1990-an sebagai tindak balas kepada masalah dengan model keruntuhan graviti, yang nampaknya menghadapi masalah untuk menjelaskan seberapa besar bintang terbentuk. Secara khusus, teori ini tidak dapat menjelaskan mengapa sinaran kuat dari protostar besar tidak hanya meletupkan lapisan luar bintang dan menghalangnya daripada tumbuh lebih besar, walaupun para astronom telah menemui bintang yang 100 kali jisim matahari.
Walaupun ahli teori, di antaranya McKee, Klein dan Krumholz, telah memajukan teori keruntuhan graviti lebih jauh ke arah menjelaskan masalah ini, teori pertambahan persaingan semakin bertentangan dengan pemerhatian. Sebagai contoh, teori penambahan meramalkan bahawa kerdil coklat, yang merupakan bintang yang gagal, dibuang dari gumpalan dan kehilangan cakera gas dan debu yang mengelilingi mereka. Namun, pada tahun lalu, banyak kerdil coklat telah ditemukan dengan cakera planet.
"Ahli teori peningkatan daya saing telah mengabaikan pemerhatian ini," kata Klein. "Ujian utama dari mana-mana teori adalah seberapa baik ia setuju dengan pemerhatian, dan di sini teori keruntuhan graviti nampaknya menjadi pemenang yang jelas."
Model yang digunakan oleh Krumholz, McKee dan Klein adalah simulasi superkomputer mengenai dinamika gas yang rumit di dalam awan hidrogen molekul yang berpusing dan bergelora ketika ia naik ke bintang. Mereka adalah kajian pertama mengenai kesan pergolakan pada kadar bintang membebaskan zat ketika bergerak melalui awan gas, dan menghancurkan teori "pertambahan kompetitif".
Dengan menggunakan 256 pemproses selari di Pusat Superkomputer San Diego di UC San Diego, mereka menjalankan model mereka selama hampir dua minggu untuk menunjukkan bahawa ia mewakili dinamik pembentukan bintang secara tepat.
"Selama enam bulan, kami mengerjakan simulasi resolusi tinggi yang sangat terperinci untuk mengembangkan teori itu," kata Klein. "Kemudian, dengan teori itu di tangan, kami menerapkannya ke wilayah pembentuk bintang dengan sifat yang dapat dikumpulkan dari wilayah pembentuk bintang."
Model-model itu, yang juga dijalankan pada komputer super di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley dan LLNL, menunjukkan bahawa pergolakan pada inti dan gumpalan sekitarnya akan mencegah pertambahan daripada menambahkan banyak jisim pada protostar.
"Kami telah menunjukkan bahawa, kerana pergolakan, bintang tidak dapat mengumpulkan lebih banyak massa dengan cekap dari gumpalan sekitarnya," kata Klein. "Dalam teori kami, apabila inti runtuh dan pecah, bintang itu pada dasarnya mempunyai semua jisim yang pernah ada. Sekiranya ia dilahirkan dalam teras berjisim rendah, ia akan menjadi bintang berjisim rendah. Sekiranya ia dilahirkan dalam teras berjisim tinggi, ia boleh menjadi bintang berjisim tinggi. "
McKee menyatakan bahawa simulasi komputer super penyelidik menunjukkan peningkatan daya saing mungkin berfungsi dengan baik untuk awan kecil dengan pergolakan yang sangat sedikit, tetapi ini jarang, jika pernah, berlaku dan belum diperhatikan sehingga kini. Kawasan pembentukan bintang nyata mempunyai pergolakan yang jauh lebih banyak daripada yang diasumsikan dalam model penambahan, dan pergolakan tidak cepat reput, seperti yang diperkirakan oleh model itu. Beberapa proses yang tidak diketahui, mungkin masalah yang mengalir keluar dari protostar, memastikan gas terus tersusun sehingga intinya tidak runtuh dengan cepat.
“Pergolakan menentang graviti; tanpanya, awan molekul akan runtuh jauh lebih pantas daripada yang diperhatikan, ”kata Klein. "Kedua-dua teori menganggap pergolakan ada. Kuncinya adalah (bahawa) terdapat proses yang sedang berjalan ketika bintang mulai terbentuk yang menjadikan pergolakan tetap hidup dan menghalangnya daripada membusuk. Model pertambahan kompetitif tidak mempunyai cara untuk memasukkannya ke dalam perhitungan, yang bermaksud mereka tidak memodelkan kawasan pembentukan bintang sebenar. "
Klein, McKee dan Krumholz terus menyempurnakan model mereka untuk menjelaskan bagaimana radiasi dari protostar besar melarikan diri tanpa meniup semua gas yang masuk. Sebagai contoh, mereka telah menunjukkan bahawa sebilangan radiasi dapat melarikan diri melalui rongga yang dihasilkan oleh jet yang diperhatikan keluar dari kutub banyak bintang dalam formasi. Banyak ramalan teori itu dapat dijawab oleh teleskop baru dan lebih besar yang kini dalam pembinaan, khususnya teleskop ALMA resolusi tinggi yang sensitif yang sedang dibina di Chile oleh sebuah konsortium ahli astronomi Amerika Syarikat, Eropah dan Jepun, kata McKee.
Karya ini disokong oleh Pentadbiran Aeronautik dan Angkasa Negara, Yayasan Sains Nasional dan Jabatan Tenaga.
Sumber Asal: Siaran Berita UC Berkeley
