• Tuesday June 25,2019

Nasilna, tajanstvena dinamika formiranja zvijezda

Anonim

Mlade zvijezde u Orionovoj maglici pojavljuju se skrivajući se u ovoj superpoziciji infracrvenih slika iz Spitzerovog svemirskog teleskopa i slike vidljive svjetlosti iz Hubbleovog svemirskog teleskopa.

Fotografija ljubaznošću NASA-e

Kada većina ljudi pogleda na jasnu, tamnu noć, udari ih koliko zvijezda ima. Astronomi imaju suprotnu reakciju: Čudimo se zvijezdama 'nevjerojatnom oskudicom. S obzirom na ukupnu količinu sirovine koja je dostupna u našoj galaksiji za stvaranje zvijezde, treba postojati do 10 puta veće količine sirovina. Zašto onda noćno nebo ne leti zvjezdanim svjetlom?

Nije loša stvar da postoji tako malo zvijezda; upravo suprotno. Zvijezde spali plin, uglavnom vodik. Cijeli plin vodika u svemiru nastao je tijekom Big Banga, prije nekih 13, 8 milijardi godina. Svaka galaksija posjeduje konačni dio ovog iskonskog goriva, a nema ničega ni na koji način. Ako bi postojalo više zvijezda, galaksije bi se brže spalile kroz zalihe goriva i nakratko će zasjati prije nego što prijeđu u vječnu tamu.

Razumijevanje kako se zvijezde oblikuju i zašto su toliko teški za stvaranje, mnogo više nego samo predvidjeti našu daleku kozmičku budućnost. Star rođenja također objašnjava odakle dolaze atomi iz naših tijela i zašto svemir izgleda onako kako danas radi. Kao što kaže astronom John Bally sa Sveučilišta u Coloradu, "formacija zvijezda je najvažniji proces određivanja sudbine i evolucije normalne materije u svemiru". Do nedavno, pojedinosti o tome kako su se rodile zabilježile su doslovce pokrivene u Otajstvo: Zvijezde se stvaraju unutar gustih oblaka prašine i plina koji blokiraju vidljivu svjetlost.

Sada astronomi razdvajaju veo teleskopima koji detektiraju infracrvenu svjetlost, vrstu svjetla koja je središnja za zemaljske sustave noćnog vida. "Vidljivost na infracrvenom svjetlu je važna jer smanjenje vidljivog svjetla iz prašnog oblaka može biti ogromno", kaže Judy Pipher, profesor opservacijske i eksperimentalne astronomije na Sveučilištu Rochester u New Yorku. "Ovo nije problem kada koristite infracrveni fotoaparat jer će na tim dužim valnim duljinama oblak biti milijun puta transparentniji."

Ako bi galaksije prolazile kroz svoje zalihe goriva, stvarajući prve generacije zvijezda rano, nekoliko zvijezda sa stjenovitim planetima kasnije će se roditi. Izgledi za život bi bili mnogo gori. Zemlja možda ne bi ni mogla postojati.

Slika zvijezde koja nam je dala infracrvena teleskopa jedna je od neočekivanog nasilja, i to je nasilje ključ za razumijevanje zašto je tako malo zvijezda. Rođenje jednog poremetilo je stvaranje drugih u blizini, ograničavajući brzinu kojom se sirovi vodik mogu skupiti u sjajne zvijezde.

Napori za špijuniranje procesa stvaranja zvijezda dobili su ogroman poticaj NASA-inom uvođenju Spitzer svemirskog teleskopa 2003. godine. Pipher, kojeg mnogi smatraju majkom infracrvene astronomije, radili su 20 godina s suradnicima Williamom Forrestom i Danom Watson razviti detektore koji čine srce ovog plutajućeg zvjezdarnice od 2.000 funti.

Spitzer ne kruži oko Zemlje, već traga iza nas u svemiru, slijedeći Zemljinu orbitu oko sunca na udaljenosti od oko 56 milijuna milja. Spitzer je poslan tako daleko jer su njegovi osjetljivi instrumenti osjetljivi na infracrveno svjetlo moraju držati na hladnoj temperaturi iznad apsolutne nule, a lakše je održavati tu temperaturu djelujući daleko od vrućine koja zrači sa površine našeg planeta.

Spitzerovi novi pogledi na zvjezdane rasadnike kao mjesta kaosa i turbulencije oštro se razlikuju od starih predrasuda astronoma. U nedostatku izravnog pogleda infracrvenih teleskopa, znanstvenici su proveli najveći dio prošlog stoljeća izgradnju lijepih teorija pojedinih plinskih oblaka koji se graciozno kolaju pod vlastitom gravitacijom kako bi formirali pojedine zvijezde. Osnovni model formiranja zvijezda je izradio britanski astrofizičar Sir James Jeans prije nešto više od 100 godina. Jeans je započeo s velikim oblakom međuzvjezdanog plina čija je unutarnja vučna gravitacija savršeno izbalansirana vanjskim pritiskom vlastite unutarnje topline. Jeans su otkrili da je ova ravnoteža nestabilna. S pravednim nudge-iz, recimo, ostatke supernova šok val-gravitacija će osvojiti tegljača i početi oblaka 's urušavanja na sebe. U središtu oblaka, materija bi se nagomilala na gustoće i temperature koje su (znanstvenici kasnije shvaćali) bili dovoljno visoki da bi se atomi vodika spajali u helij. Kada je počela fuzija, zvijezda je rođena.

Većina 20. stoljeća potrošeno je u detaljima Jeansove priče. "Započnete s jednim zvijezdama jer su jednostavne", kaže Héctor Arce, astrofizičar na Sveučilištu Yale. "Oni su svojevrsni san teoretičara." Ovi su rani modeli obratili pažnju na način na koji bi mlađe zvijezde mogle utjecati na druge. "Prije nego što možemo shvatiti kako susjedi utječu na formiranje zvijezde", objašnjava Arceov bivši savjetnik za rad, Alyssa Goodman iz Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku, "morali smo razumjeti evoluciju zvijezda u izolaciji. To je bilo prilično komplicirano u sebi. "

Tijekom osamdesetih i devedesetih godina, Spitzerovi manje sofisticirani prethodnici stavili su astronome na trag holističkijeg modela zvijezde. Od teškoćudnih infracrvenih slika, priča je mnogo složenija od Jeansovih pojava o rođenju zvijezda i planeta. Stvaranje zvijezde, prve slike ukazivale, jasno je obiteljska veza - uz sve turbulencije, kaos i tumular koji implicira.

Astronomi su shvatili da se rotirajući diskovi plina uvijek formiraju oko jezgre nove zvijezde, hraneći im materijal i služi kao inkubator za razvoj planeta. Diskovi nastaju zbog prirodne rotacije izvornih plinskih oblaka. Baš kao što se okreće ledolomac koji privlači ruke prema unutra, povećat će brzinu vrtnje, plin u oblaku koji se urušava, brže će se okretati dok prirodno ne formira disk koji se vrti. Ako se međuzvjezdana magnetska polja gibaju u oblaku, onda će i oni biti prenošeni prema dolje s urušenim plinom. Polagana magnetska polja djelovat će kao pogonska remena, udarajući ogromnu energiju diska za predenje kako bi pokrenuli snažne mlaznice plina duž osi diska i vratile se u svemir.

Ovi mlazovi su izuzetno dugi vijek, vozeći 10 svjetlosnih godina ili više u okruženju stvaranja zvijezda. Otkriće zrakoplova koji su se udaljavali od prljavih protostaraca na stotinama kilometara u sekundi bio je prvi nagovještaj astronomima kako je formacija zvijezda daleko kaotičnija nego što su to predvidjeli.

Tijekom proteklih nekoliko desetljeća intenzivni napori u teoriji i promatranju omogućili su astronomima da razviju koherentnu, dosljednu sliku o tome kako su se rodile zvijezde koje su uključivale plinske diskove i mlaznice. No, istraživači su znali da je njihova priča još uvijek jadno nepotpuna jer nije uzela u obzir kako bi formacija jedne zvijezde mogla utjecati na druge. "Problem, " objašnjava Goodman, "jest da morate vidjeti u čitav oblak gdje se odjednom pojavljuju mnoge zvijezde. No, oblaci su gusti, a prostiru se preko velikih komada neba. Trebate nove instrumente, i morate biti sustavni ako stvarno želite razumjeti što se događa. "

Spitzer je izgrađen, djelomično, da odgovori na te potrebe.

S Spitzerovim infracrvenim okom, tri stopa, astronomi mogu vidjeti duboko u najmlađe zvjezdane vrtiće u kojima se tek počinju stvarati zvijezde. Mogu vidjeti protostellarne diskove koji se oblikuju i guraju zrakoplovima u svemir, a oni su radili na integraciji novih podataka s rezultatima optičkih i radijskih teleskopa (radio valovi, posebno milimetarske valne duljine, mogu prodrijeti i u prašinu i plin). Kombinirajući radio i infracrvena promatranja, istraživači poput Goodmana i Arcea stvorili su slike visoke razlučivosti i višedimenzionalne dužine cijelih oblaka koji stvaraju zvijezdu. Ovaj višegodišnji, više-institucionalni projekt, nazvan Complete Survey, davao je astronomima stajalište koje su im potrebne za proučavanje formiranja zvijezda u globalnom kontekstu. Naposljetku, oni bi mogli odrediti detaljnu prirodu interakcija između zvijezda novorođenčeta i njihovog okruženja, a počeo se pojavljivati ​​pravi portret formiranja zvijezda.

"Stvarno morate razmišljati o formiranju zvijezda u nekoj vrsti urbanog, prigradskog i ruralnog konteksta", kaže Goodman. "Važno je tko ste rođeni blizu, a također je bitno što to misliš".

Zvjezdani rasadnici dolaze u sortama niske i visoke masovnosti. U velikoj masovnoj vrsti, poput velike Orionove maglice, koja je oko 1.500 svjetlosnih godina, zvijezde se pakiraju poput roj pčela. (U našem susjedstvu galaksije, sunce sama lebdi u kocki oko tri svjetlosne godine na strani. U skupini velikih masivnih zvijezda, tisuće zvijezda zauzimaju jednaku količinu prostora.) Još važnije, masovne nakupine proizvode velike mase zvijezda - sjajno gorenje nuklearnih peći 10 do 100 puta mase našeg sunca. Ovi behemoths žive brzo i umiru mlad. Naše sunce će izgorjeti 10 milijardi godina, ali zvijezde velike mase imaju sreću da ih dođu do 10 milijuna. "Velike zvijezde imaju ogroman utjecaj na formiranje zvijezde", kaže Bally. "Oni emitiraju snažne vjetrove i puno ultraljubičastog zračenja." Vjetrovi i UV svjetlo razaraju okolni plin, rezbarujući ogromne, sjajne "blistere" koji ometaju oblak. Ovo previranje može spriječiti druge zvijezde da formiraju ili promoviraju rođenje zvijezda u drugim regijama.

Slika zvijezde koja nam je dala infracrvena teleskopa jedna je od neočekivanog nasilja, i to je nasilje ključ za razumijevanje zašto je tako malo zvijezda.

Samo je proteklog desetljeća astronomi shvatili kako su zajedničke i značajne povratne informacije između zvijezda i njihovih zvjezdanih rasadnika. "Postoji vrsta samoregulacije koja se događa", kaže Bally. "Zvijezde koje čine mogu promijeniti svoj okoliš stvaranja zvijezda." Stupovi stvaranja u maglici orlova (prikazani na jednoj od najpoznatijih snimaka Hubbleovog svemirskog teleskopa) jasan su primjer takvih povratnih informacija. Poput gustih stijena koji se formiraju od erozije u vjetrovnoj pustinji, plinoviti stupovi u maglici Eagle oblikovani su i komprimirani zvjezdanim vjetrovima i energičnim ultraljubičastim svjetlom iz golemih zvijezda maglice. Spitzerove slike maglice Eagle pokazuju da ta kompresija potiče stvaranje novih zvijezda unutar stupova.

Složeno okruženje u kojem oblika zvijezda utječe i na stvaranje planeta. Zapravo, učinak masivnih zvijezda na diskove oko zvijezda djeteta, gdje se pojavljuju planeti, može biti smrtonosna. "UV zračenje od masivne zvijezde će ionizirati i zagrijavati diskove plina koji okružuju zvijezde male mase", kaže Bally. "Plin u diskovima će tada ispariti u svemir. To može potrajati planetu od 10 milijuna godina, ali UV zračenje od masivne zvijezde može izgorjeti vanjski dio diska u samo 10.000 godina. "S njihovim osiromašenim plinom, diskovi oko zvijezda mogu biti masivni klastera u obliku divovskih planeta poput Jupitera ili Saturna. Moglo bi biti moguće da se Zemlji nalik Zemlji oblikuje blizu zvijezde u kojoj je disk nesmetan, ali ta točka ostaje upitna.

Masivne zvijezde također mogu uzrokovati pustoš u oblaku kada umru. Na kraju svog života, ogromna zvijezda neizbježno eksplodira kao supernova. Ovo odlaganje apokaliptične količine energije u okolinu: Supernova može kratko osvijetliti cijelu galaksiju. Supernova također stvara sve elemente teže od željeza. S takvim kratkim životnim vijekom, masivne zvijezde istječu blizu mjesta gdje su rođene, često i dalje unutar regije gdje se počinju stvarati zvijezde.

Neki astronomi su tvrdili da je stvaranje našeg sunca izazvalo udarni val iz obližnje zvjezdane eksplozije. "Postoje snažni dokazi da je naš vlastiti solarni sustav rođen blizu masivne zvijezde koja je prolazila supernova", kaže Bally. "Čak i ako naša formacija nije bila pokrenuta od strane supernove, prisutnost propadanja pojedinih radioaktivnih elemenata upućuje na supernovu koja možda zasijava već formirani mladi solarni sustav s obogaćenim elementima." To znači da je naša zvijezda rođena blizu ruba visokog masenog klastera - dovoljno blizu da bi osjetili učinke supernove, ali ne tako duboko da je naš protoplanetarni disk bio odrezan.

Pustoš povratne reakcije stvaranja zvijezde nije ograničen samo na skupove visokih masa. Skupine niske mase poput NGC 1333 (maglica i zvjezdani vrtić udaljen oko 1000 svjetlosnih godina) sadrži samo stotine, a ne tisuće zvijezda. Iako se u takvim skupinama ne formiraju ogromne zvijezde, zvijezde tamo svi proizvode protostellarne mlaznice s pratećih diskova, a takvi također mogu igrati dramatičnu ulogu u oblikovanju sudbine klastera. Spitzerove slike NGC 1333 i druge skupine s niskom masom pokazuju ih navučenim gracioznim lukovima mlaznog materijala koji se pružaju s jedne strane tih zvjezdanih vrtića na drugu. U skupinama niskih masa, povratne informacije iz mlaznica mogu imati istu neugodnu ulogu kao i vjetrovi i UV zračenje velikih zvijezda u skupinama velikih masovnih skupina. Nažalost, još nemamo dovoljno podataka za reći je li većina zvijezda u galaksiji nastala u skupinama velikih ili malih masa. Ako bismo znali odgovor, mogli bismo se približiti procjeni broja solarnih sustava poput našeg.

Kombinirani učinci mlaza, vjetrova, zračenja i eksplozije supernove pokazuju da priroda može provesti neku vrstu nebeskih planova obitelji. Zvijezde mogu roditi druge zvijezde, ali također mogu ugasiti proces rodenja. "Možemo vidjeti mlaznice različitih zvijezda koje međusobno djeluju", kaže Arce. "Ti odlivi mogu pokrenuti formiranje novih zvijezda ili raspršiti plin koji bi bio dio procesa stvaranja zvijezda".

Međutim, utjecaj ove zvjezdane kontrole rađanja još uvijek je žestoko raspravljen. Neki astronomi vjeruju da takvi interni procesi nisu ključni igrači u sprečavanju stvaranja zvijezda. Kažu da su čimbenici izvan klastera, kao što su sile silosa koje proizlaze iz rotacije galaksije, oštro prekidaju skupinu i sprečavaju formiranje zvijezda. No slike Spitzer-a dale su zapanjujuće lijepe dokaze kako bi podržao slučaj za unutarnje procese. Nedavne simulacije na računalu pokazale su kako stotine mlaznica mogu djelovati kao hipersonični štapići koji mješaju plinove klastera u turbulentno gibanje koje sprečavaju stvaranje novih zvijezda. A nove studije daju dodatnu težinu ideji zvjezdanih povratnih informacija. "S cjelovitim istraživanjem gotovo smo utrostručili broj odljeva koje smo mogli vidjeti kako utječu na oblak", kaže Goodman.

Kako su astronomi istraživali mehanizme povratne veze koji rade u skupinama visokih i malih masa, ostaje tajna povezana s najvećim potencijalnim regijama koje stvaraju zvijezde. Obje niske i velike masovne klastere formiraju se unutar većih kompleksa plina i prašine zvane divovski molekularni oblaci. Neki od tih oblaka dominiraju skupinama visokih masa, a drugima skupinama niske mase, a neki imaju oboje. Tipični klaster će se proširiti kroz nekoliko svjetlosnih godina. Njezin roditeljski oblak može se protezati kroz 300 svjetlosnih godina i sadržavati dovoljno materije da bi milijun zvijezda. Ali milijun zvijezda ne formiraju se. Umjesto toga, formacija zvijezda preko divovskog molekularnog oblaka prilično je anemijska, a razvijaju se relativno malo zvjezdanih rasadnika. Samo je 10 posto mase oblaka u prosjeku pretvoreno gravitacijskim kolapsom u zvijezde. Ostatak se nikad ne sruši i na kraju se rasprši u slabim međuzvjezdanim medijima diljem galaksije. Što spriječava da se veliki oblaci urušavaju pod vlastitom težinom?

Neki astronomi vjeruju da je odgovor na snažna magnetska polja koja su poznata da se povezuju s oblacima. Drugi misle da galaktički udarni valovi koji se oluju kroz njih zadržavaju najveći dio plina iz urušavanja. Drugi pak kažu da su zvijezda povratne informacije koju astronomi vide da rade u skupinama visokih i niskih masa dovoljno snažno da bi poremetili čak i mnogo veće molekularne oblake.

"Morate pitati zašto se samo 10 posto oblaka pretvara u zvijezde", kaže Bally. "Ali znamo da formiranje zvijezde dodaje energiju u sustav kroz vjetrove, zračenje i mlaznice. Valovi supernove, naravno, samo dodaju uvredu na ozljedu. "

"Ako sve te zvijezde stvaraju turbulencije", kaže Goodman, "tada se turbulencija ponaša kao neka vrsta topline koja zadržava oblak napunjen."

Mehanizam koji sprječava da se molekularni oblaci ne propadnu - što god to bilo - ima mnogo veze s razlogom zašto postojimo na prvom mjestu. Zvijezde su tvornice koje pretvaraju lagane elemente u teže atome. Ti atomi uključuju ugljik, kisik, dušik i sve ostale elemente koji su neophodni za život kao što znamo. Kada zvijezda umre, ovaj materijal baca se u svemir. Kad se formiraju generacije zvijezda, neki od tih materijala rastu u stjenovite planete poput Zemlje. Ako bi galaksije prolazile kroz svoje zalihe goriva, stvarajući prve generacije zvijezda rano, nekoliko zvijezda sa stjenovitim planetima kasnije će se roditi. Izgledi za život bi bili mnogo gori. Zemlja možda ne bi ni mogla postojati.

Promatrajući zvijezde koje stvaraju rasadnike diljem galaksije, astronomi su nam pokazali nešto urođeno i čudno poznato o rođenju naše zvijezde i planeta. Psiholozi znaju da u ljudskim obiteljima uloga braće i sestara može biti jednako važna kao i roditelji. Zahvaljujući teleskopu Spitzer, isto se može reći i za nebesa.


Zanimljivi Članci

Google Mind Reader

Google Mind Reader

Prema The Wall Street Journalu , Google Inc. zabrinuta je zbog gubitka svojih najzahtjevnijih inženjera, dizajnera i prodajnih voditelja, budući da rast razbija konkurentsku atmosferu i ogromnu cijenu dionica. Što učiniti? Pa ispostavilo se da oni kreativni ljudi na internetskom pretraživačkom divu imaju više svojih rukava nego fancy nove gmail značajke. Oni su

Kada Propovijest nije uspjela

Kada Propovijest nije uspjela

Upravo sam čitao klasičnu psihološku knjigu kada proročanstvo ne uspije. Objavljeno 1956. godine, priča unutarnjoj priči o skupini koja je vjerovala da će svijet završiti - i što su činili kad to nije bilo. Ovdje je dobar sažetak na Providentiji. Istražitelji, koji je vodio socijalni psiholog Leon Festinger, infiltrirali su malu skupinu (previše amaterski da bi se zvali 'kult' - vidi dolje) oko čikaške žene zvane Dorothy Martin ili "Marian Keetch" kako su je nazvali kako bi je zaštitili identitet. Martin, klasičn

NCBI ROFL: Munich Oktoberfest iskustvo: izuzetan utjecaj spola i dobi u etanološkom opijanju.

NCBI ROFL: Munich Oktoberfest iskustvo: izuzetan utjecaj spola i dobi u etanološkom opijanju.

"Oko 5.000 od 6 milijuna godišnjih posjetitelja Oktoberfesta u Münchenu moraju se liječiti. Pacijenti s alkoholizacijom bez traume ili daljnjih komplikacija liječeni su u specijaliziranom medicinskom logoru. Proučavali smo ove pacijente kako bismo identificirali čimbenike rizika i ocijenili relevantnost Glasgow Coma Score (GCS) i koncentracije krvi u etanolu za upravljanje pacijentima. Tije

Odjeven da ubije

Odjeven da ubije

X-zraka rimskog oklopa prvog stoljeća pronađena u Engleskoj pokazuje brončane žice koje povezuju željezne ploče. Ljubaznošću Guzalian fotografije / Royal Armouries Vojni vojnici u filmu Gladiator uzeli su puno nagađanja jer je hrđa iskorijenila najveći dio drevnog oklopa. Stoga arheolozi Sveučilišta u Bradfordu koji su iskopali rimsku utvrdu iz prvog stoljeća u blizini Hadrijinog zida u sjevernoj Engleskoj bili su oduševljeni da bi se pojavili predmeti intaktnih štitnika udova, za razliku od onih poznatih iz rimskih kipova ili fresaka. "To je po

Sardinski metar

Sardinski metar

Izrekao sam gornju sliku iz papira Utvrđivanje strukture populacije pomoću gustih haplotip podataka. Glavni razlog je bio naglašavanje specifičnosti Sardinijskog klastera, u donjem desnom dijelu. Kao što vidite, ova populacija pokazuje mnogo suanci preko pojedinaca. Ovo nije previše iznenađujuće, Sardinija je otok, a otoci su često genetski osebujni. Nasumič

Znanost i hrana UCLA 2017 Javna predavanja Serija

Znanost i hrana UCLA 2017 Javna predavanja Serija

Serija javnih predavanja za 2016 UCLA Science & Food je ovdje! HRANA OTPAD: Rješenja koje informira znanost (i što učiniti s vašim ostacima) Utorak, 2. svibnja 19:00 do 20:30 sati Freud kazalište, Macgowan Hall Svjetski poznati kuhar Massimo Bottura , profesor UCLA Jenny Jay , savjetnik za zbrinjavanje otpada i "ratnik otpada" Amy Hammes sudjelovat će u panel raspravi koju moderirala Evan Kleiman na temu "Prehrambeni otpad: rješenja koja je informirala znanost" koju je vodio dr. Amy R