Doğmakta olan yıldızların şimdiye kadarki en gerçekçi, en çarpıcı simülasyonu
Northwestern Üniversitesi astrofizikçilerinden oluşan bir ekip, bugüne kadarki en gerçekçi, en yüksek çözünürlüklü 3B bir yıldız oluşum simülasyonu geliştirdi. Sonuç, görüntüleyenler parıldayan yıldızların ortaya çıkmasını izlerken 3B alanda renkli bir gaz bulutu etrafında süzülmelerine olanak tanıyan görsel olarak çarpıcı, matematiksel olarak yönlendirilen harika bir canlandırma ortaya çıkmış.
Gazlı Ortamlarda Yıldız Oluşumu (STARFORGE) olarak adlandırılan bu yeni hesaplama sistemi, yıldızların doğduğu, önceden mümkün olandan 100 kat daha büyük ve canlı renklerle dolu olan bütün bir gaz bulutunu canlandıran ilk yöntemdir. Aynı zamanda, jetler, radyasyon, rüzgar ve yakındaki süpernova faaliyeti de dahil olmak üzere yıldız oluşumu, evrimi ve dinamiklerini de modelleyen ilk simülasyondur.
Bu sanal laboratuvarı kullanan araştırmacılar, yıldız oluşumunun neden yavaş ve verimsiz olduğunu, bir yıldızın kütlesini neyin belirlediğini ve yıldızların neden kümeler halinde oluşma eğiliminde olduğu gibi uzun süredir devam eden soruları keşfetmeyi amaçlıyorlar.
Araştırma grubu yıldızın oluşumuna eşlik eden gazın o yıldızın jetlerinin ve yüksek hızlı gaz akışlarının yıldızın kütlesini belirlemede önemli bir rolü olduğu düşünüyorlar. Böylece Astrofizikçiler, bir yıldızın kesin kütlesini hesaplayarak yıldızın parlaklığını ve iç mekanizmalarını belirleyebilir ve ölümü hakkında daha iyi tahminlerde bulunabilirler.
Çalışmanın başkanı Michael Grudić, “İnsanlar birkaç on yıldır yıldız oluşumunu simüle ediyorlar, ancak bu yöntem teknolojide bir kuantum sıçramasıdır. Diğer modeller, yalnızca yıldızların oluştuğu küçük bir bulut parçasını simüle edebildi. Büyük resmi görmeden, yıldızın sonucunu etkileyebilecek birçok faktörü gözden kaçırıyoruz” dedi.
Northwestern’den diğer bir çalışan Claude-André Faucher-Giguère, “Yıldızların nasıl oluştuğu astrofizikte çok merkezi bir sorudur. Dahil olan fiziksel süreçler nedeniyle araştırılması çok zor bir konu olmuştur. Bu yeni simülasyon, daha önce kesin olarak cevaplayamadığımız temel soruları doğrudan ele almamıza yardımcı olacaktır” dedi.
Başlangıcından son evresine kadar bir yıldız oluşumu on milyonlarca yıl sürer. Ekipten astrofizikçi Grudić ve Faucher-Giguère, sürecin bir anlık görüntüsünü yakalamak için her gece gökyüzünü gözlemleseler bile, yalnızca kısa bir anlık görüntüyü görebilirler.
Grudić, “Herhangi bir bölgede oluşan yıldızları gözlemlediğimizde, gördüğümüz tek şey zaman içinde donmuş yıldız oluşum alanlarıdır. Yıldızlar ayrıca toz bulutlarında oluşur, bu yüzden çoğunlukla gizlidirler” dedi.
Astrofizikçilerin yıldız oluşumunun tam ve dinamik sürecini görebilmesi için simülasyonlara güvenmeleri gerekir. Bir simülasyonu çalıştırmak için süper bilgisayarlar gerekir öyle ki modelin işlemi bazen üç ay kadar sürebilir. Bu çalışma (STARFORGE) için ekip, gaz dinamiği, manyetik alanlar, çekim kuvveti, ısıtma ve soğutma ve yıldız geri bildirim süreçleri dahil olmak üzere fizikteki birçok fenomeni hesaplama koduna dahil etti.
Sonuçta ortaya çıkan simülasyon, galakside yüzen bir gaz kütlesini (güneş kütlesinin on ila milyonlarca katı) gösteriyor. Gaz bulutu evrildikçe, çöküp parçalara ayrılan ve sonunda tek tek yıldızları oluşturan yapılar ortaya çıkar. Yıldızlar oluştuktan sonra, her iki kutuptan da dışarıya doğru gazlar fışkırır ve çevredeki bulutu delerler. Artık yıldızları oluşturacak gaz kalmadığındaysa süreç sona erer.
Jet yakıtının modellemeye dökülmesi
STARFORGE ekibi yıldız oluşumuna dair çok önemli yeni bir kavrayış keşfedilmesine yardımcı oldu. Araştırmacılar simülasyonu jetleri hesaba katmadan çalıştırdıklarında, yıldızlar çok fazla büyüdü (güneş kütlesinin 10 katı kadar). Simülasyona jetleri ekledikten sonra, yıldızların kütleleri çok daha gerçekçi hale geldi (güneş kütlesinin yarısından daha azı kadar).
Grudić, “Jetler yıldıza doğru gaz akışını engelliyor, aslında yıldızın içinde bitecek ve kütlesini artıracak olan gazı uçuruyorlar. İnsanlar bunun olabileceğinden şüpheleniyorlar, ancak tüm sistemi simüle ederek, nasıl çalıştığına dair sağlam bir anlayışa sahibiz” dedi. Yıldızlar hakkında daha fazlasını anlamanın ötesinde, Grudić ve Faucher-Giguère, STARFORGE’un evren ve hatta kendimiz hakkında daha fazla şey öğrenmemize yardımcı olabileceğine inanıyor.
Grudić, “Galaksi oluşumunu anlamak, yıldız oluşumu hakkındaki varsayımlara bağlıdır. Yıldız oluşumunu anlayabilirsek, galaksi oluşumunu anlayabiliriz. Galaksi oluşumunu anlayarak, evrenin neden yapıldığını daha iyi anlayabiliriz. Nereden geldiğimizi ve evrende nasıl konumlandığımızı anlamak nihayetinde yıldızların kökenini anlamaya bağlıdır” dedi.