Un equipo que incluye a astrofísicos de la Universidad Northwestern ha desarrollado el más realista, simulación 3D de la formación estelar de mayor resolución hasta la fecha. El resultado es visualmente impresionante, Maravilla impulsada por las matemáticas que permite a los espectadores flotar alrededor de una colorida nube de gas en el espacio 3D mientras ven emerger estrellas titilantes.

Llamado STARFORGE (formación estelar en entornos gaseosos), el marco computacional es el primero en simular una nube de gas completa, 100 veces más masiva de lo que era posible anteriormente y llena de colores vibrantes, donde nacen las estrellas.

También es la primera simulación que modela simultáneamente la formación de estrellas, evolución y dinámica teniendo en cuenta la retroalimentación estelar, incluidos los jets, radiación, el viento y la actividad de supernovas cercanas. Mientras que otras simulaciones han incorporado tipos individuales de retroalimentación estelar, STARFORGE los pone en conjunto para simular cómo interactúan estos diversos procesos para afectar la formación de estrellas.

Usando este hermoso laboratorio virtual, los investigadores tienen como objetivo explorar preguntas de larga data, incluyendo por qué la formación de estrellas es lenta e ineficiente, qué determina la masa de una estrella y por qué las estrellas tienden a formarse en cúmulos.

Los investigadores ya han utilizado STARFORGE para descubrir que los chorros protoestelares (corrientes de gas de alta velocidad que acompañan a la formación de estrellas) juegan un papel vital en la determinación de la masa de una estrella. Calculando la masa exacta de una estrella, los investigadores pueden entonces determinar su brillo y mecanismos internos, así como hacer mejores predicciones sobre su muerte.

Recién aceptado por el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society , una copia avanzada del manuscrito, detallando la investigación detrás del nuevo modelo, apareció en línea hoy. Un documento de acompañamiento, describir cómo los chorros influyen en la formación de estrellas, se publicó en la misma revista en febrero de 2021.

"La gente ha estado simulando la formación de estrellas durante un par de décadas, pero STARFORGE es un salto cuántico en tecnología, "dijo Michael Grudić de Northwestern, quien codirigió el trabajo. "Otros modelos solo han podido simular una pequeña parte de la nube donde se forman las estrellas, no toda la nube en alta resolución. Sin ver el panorama general, pasamos por alto muchos factores que podrían influir en el resultado de la estrella ".

"Cómo se forman las estrellas es una cuestión fundamental en astrofísica, "dijo Claude-André Faucher-Giguère de Northwestern, un autor principal del estudio. "Ha sido una pregunta muy desafiante de explorar debido a la variedad de procesos físicos involucrados. Esta nueva simulación nos ayudará a abordar directamente preguntas fundamentales que antes no podíamos responder definitivamente".

Grudić es becario postdoctoral en el Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica de Northwestern (CIERA). Faucher-Giguère es profesor asociado de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA. Grudić codirigió el trabajo con Dávid Guszejnov, becario postdoctoral en la Universidad de Texas en Austin.

De principio a fin La formación de estrellas lleva decenas de millones de años. Así que incluso cuando los astrónomos observan el cielo nocturno para vislumbrar el proceso, solo pueden ver una breve instantánea.

"Cuando observamos la formación de estrellas en una región determinada, todo lo que vemos son sitios de formación de estrellas congelados en el tiempo, "Grudić dijo." Las estrellas también se forman en nubes de polvo, por lo que en su mayoría están ocultos ".

Para que los astrofísicos vean el proceso dinámico de formación estelar, deben confiar en simulaciones. Para desarrollar STARFORGE, el equipo incorporó código computacional para múltiples fenómenos en física, incluida la dinámica de los gases, campos magnéticos, gravedad, procesos de calentamiento y enfriamiento y retroalimentación estelar. A veces, tomar tres meses completos para ejecutar una simulación, el modelo requiere una de las supercomputadoras más grandes del mundo, una instalación apoyada por la National Science Foundation y operada por el Texas Advanced Computing Center.

La simulación resultante muestra una masa de gas, de decenas a millones de veces la masa del sol, flotando en la galaxia. A medida que evoluciona la nube de gas, forma estructuras que colapsan y se rompen en pedazos, que eventualmente forman estrellas individuales. Una vez que se forman las estrellas, lanzan chorros de gas hacia afuera desde ambos polos, perforando a través de la nube circundante. El proceso termina cuando no queda gas para formar más estrellas.

Verter combustible para aviones en el modelado

Ya, STARFORGE ha ayudado al equipo a descubrir una nueva perspectiva crucial sobre la formación de estrellas. Cuando los investigadores ejecutaron la simulación sin tener en cuenta los chorros, las estrellas terminaron siendo demasiado grandes, diez veces la masa del sol. Después de agregar chorros a la simulación, las masas de las estrellas se volvieron mucho más realistas:menos de la mitad de la masa del sol.

"Los chorros interrumpen la entrada de gas hacia la estrella, ", Dijo Grudić." Básicamente, soplan gas que habría terminado en la estrella y aumentado su masa. La gente sospecha que esto podría estar pasando, pero, simulando todo el sistema, tenemos una sólida comprensión de cómo funciona ".

Más allá de comprender más sobre las estrellas, Grudić y Faucher-Giguère creen que STARFORGE puede ayudarnos a aprender más sobre el universo e incluso sobre nosotros mismos.

"La comprensión de la formación de galaxias depende de suposiciones sobre la formación de estrellas, "Grudić dijo." Si podemos entender la formación de estrellas, entonces podremos comprender la formación de galaxias. Y al comprender la formación de galaxias, podemos entender más sobre de qué está hecho el universo. Comprender de dónde venimos y cómo estamos situados en el universo depende en última instancia de comprender los orígenes de las estrellas ".

"Conocer la masa de una estrella nos dice su brillo, así como qué tipo de reacciones nucleares están ocurriendo en su interior, "Dijo Faucher-Giguère." Con eso, podemos aprender más sobre los elementos que se sintetizan en las estrellas, como el carbono y el oxígeno, elementos de los que también estamos hechos ".

El estudio, "STARFORGE:Hacia un modo numérico integral de formación y retroalimentación de cúmulos estelares, "fue apoyado por la National Science Foundation y la NASA.