Επιστήμονες λύνουν ένα μακροχρόνιο μυστήριο της αστρονομίας

[BsksPns]

Επιστήμονες μπορεί να έχουν λύσει ένα από τα πιο μακροχρόνια αστροφυσικά μυστήρια όλων των εποχών: Πώς σχηματίζονται τα πολύ μεγάλα αστέρια - έως 120 φορές τη μάζα του Ήλιου - χωρίς να εκτινάσσονται μακριά εξ αιτίας της ακτινοβολίας του άστρου τα νέφη της σκόνης και του αερίου που τροφοδοτούν την ανάπτυξη τους. Μια νέα έρευνα από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence και τα Πανεπιστήμια στη Santa Cruz και στο Berkeley έδειξε πώς μπορεί να αναπτυχθεί ένα μεγάλο άστρο, παρά την πίεση της ακτινοβολίας του άστρου που υπερβαίνει την ελκτική βαρυτική δύναμη του υλικού προς το εσωτερικό. Χρησιμοποιώντας υδροδυναμικές τρισδιάστατες προσομοιώσεις, η ομάδα, η οποία περιλαμβάνει τον καθηγητή Richard Klein του Berkeley, ξαφνικά ανακάλυψε ότι αυτά τα τεράστια αστέρια έχουν την τάση να εμφανίζονται σε δυαδικά ή πολλαπλά συστήματα αστέρων. "Αρχικά, εξερευνούσαμε τη φυσική του σχηματισμού πολύ μεγάλων άστρων," λέει ο Klein. "Καθώς εξετάζαμε τη φυσική τους, διαπιστώσαμε ότι βαρυτικές αστάθειες προκαλούν τον σχηματισμό συνοδών άστρων γύρω από τα πολύ μεγάλα αστέρια." Τα τεράστια αστέρια παράγουν φως τόσο έντονο που η ακτινοβολία τους ασκεί πιο ισχυρή πίεση πάνω στο αέριο και τη σκόνη γύρω τους από όσο η βαρυτική έλξη, ένα γεγονός που από καιρό ανέμεναν οι αστρονόμοι να τα εμποδίζει να μεγαλώσουν με τη συσσώρευση υλικού πάνω τους εξ αιτίας της βαρυτικής έλξης. "Εμείς δεν είχαμε σκοπό να λύσουμε αυτό το ζήτημα, αλλά τελικά βγήκε ένα καλό δευτερεύον όφελος από τη μελέτη", αναφέρει ο Mark Krumholz, μέλος της ερευνητικής ομάδας και βοηθός καθηγητής της αστρονομίας και αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Santa Cruz. "Η κύρια διαπίστωση είναι ότι η πίεση της ακτινοβολίας δεν περιορίζει την ανάπτυξη των άστρων με μεγάλη μάζα." Προγενέστερες μελέτες πρότειναν ότι η πίεση της ακτινοβολίας θα απέτρεπε να συσσωρευτούν οι πρώτες ύλες (αέριο και σκόνη) πάνω στο άστρο, προτού η μάζα του γίνει μεγαλύτερη από 20 φορές περίπου τη μάζα του ήλιου. Όμως οι αστρονόμοι έχουν δει αστέρια με μάζα πολύ περισσότερη από αυτό το όριο. Η ομάδα ξόδεψε χρόνια για την ανάπτυξη πολύπλοκων προσομοιώσεων των διαδικασιών του σχηματισμού άστρων. Σε συνδυασμό με τις προόδους στην τεχνολογία των ηλεκτρονικών υπολογιστών, ο τελευταίος τους κώδικας (που ονομάζεται ORION) τους επέτρεψε να εκτελέσουν μια λεπτομερή τρισδιάστατη προσομοίωση της κατάρρευσης ενός τεράστιου διαστρικού αέριου νέφους, για να σχηματιστεί ένα μεγάλο αστέρι. "Λογικά, σκεφτήκαμε ότι η πίεση των τεράστιων ποσοτήτων της ακτινοβολίας θα σταματήσει την αύξηση του άστρου," είπε ο Klein. "Είδαμε όμως το αντίθετο, οι βαρυτικές αστάθειες να διοχετεύουν αέριο στο ίδιο το αστρικό σύστημα μέσω δίσκων συσσώρευσης και νημάτων, ενώ παράλληλα να επιτρέπεται στην ακτινοβολία να διαφύγει μέσα από οπτικά λεπτές φυσαλίδες." Η πίεση της ακτινοβολίας είναι η δύναμη που ασκείται από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην επιφάνεια που συναντάει. Το αποτέλεσμα είναι αμελητέο για το απλό φως, αλλά γίνεται σημαντικό στο εσωτερικό των αστεριών λόγω της έντασης της ακτινοβολίας εκεί μέσα. Σε αστέρια με τεράστια μάζα, η πίεση της ακτινοβολίας είναι η κυρίαρχη δύναμη που αντιδρά στην βαρύτητα για να αποτραπεί η περαιτέρω κατάρρευση του άστρου. Στην προσομοίωση οι ερευνητές είδαν ότι η περιστροφή του αέριου νέφους καθώς καταρρέει οδηγεί στο σχηματισμό ενός δίσκου του υλικού που τροφοδοτεί την ανάπτυξη του "πρωτοάστρου." Ο δίσκος αυτός είναι βαρυτικά ασταθής, αναγκάζοντας τον να συγκεντρωθεί και να σχηματίσει μια σειρά μικρών δευτερογενών άστρων, τα περισσότερα από τα οποία καταλήγουν να συγκρούονται και να συγχωνεύονται με το κεντρικό πρωτοάστρο. Στην προσομοίωση, ένα δευτερογενές άστρο απέκτησε τόση μάζα αρκετή για να ξεφύγει και να αποκτήσει τον δικό του δίσκο, ώστε να αναπτυχθεί και να γίνει ένα συνοδό άστρο μεγάλης μάζας. Τέλος, ένα τρίτο μικρό αστέρι σχηματίστηκε και εκτοξεύτηκε σε μια τροχιά μεγάλης ακτίνας, προτού πέσει πάλι πίσω και συγχωνευτεί με το πρωτογενή άστρο. Όταν οι ερευνητές σταμάτησαν την προσομοίωση, ακολούθως του επέτρεψαν να εξελίσσεται για σχεδόν 57.000 χρόνια εικονικού χρόνου, τα δύο αστέρια είχαν μάζες 41,5 και 29,2 φορές τη μάζα του ήλιου και στρέφονταν το ένα γύρω από το άλλο σε μια αρκετά μεγάλη τροχιά.

 

Πηγή: PhysOrg