ปีที่แล้ว ทีมนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ซึ่งรวมถึงสมาชิกคนสำคัญจากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ได้เปิดตัวSTARFORGEซึ่งเป็นโครงการที่สร้างการจำลองการก่อตัวดาว 3 มิติที่สมจริงที่สุดและมีความละเอียดสูงสุดจนถึงปัจจุบัน
ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้การจำลองที่มีรายละเอียดสูงเพื่อค้นหาสิ่งที่กำหนดมวลของดาว ซึ่งเป็นปริศนาที่ดึงดูดนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์มานานหลายทศวรรษ
ในการศึกษาใหม่ ทีมงานได้ค้นพบว่าการก่อตัวดาวฤกษ์เป็นกระบวนการควบคุมตนเอง กล่าวอีกนัยหนึ่งดวงดาวเองก็กำหนดมวลของมันเอง สิ่งนี้ช่วยอธิบายได้ว่าทำไมดาวที่ก่อตัวในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันยังคงมีมวลใกล้เคียงกัน การค้นพบใหม่นี้อาจช่วยให้นักวิจัยเข้าใจการก่อตัวของดาวฤกษ์ภายในทางช้างเผือกของเราและดาราจักรอื่นๆ ได้ดีขึ้น
การ ศึกษานี้ตีพิมพ์เมื่อสัปดาห์ ที่ แล้ว ใน Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ทีมงานที่ทำงานร่วมกันประกอบด้วยผู้เชี่ยวชาญจาก Northwestern, University of Texas at Austin (UT Austin), Carnegie Observatories, Harvard University และ California Institute of Technology ผู้เขียนนำของการศึกษาใหม่นี้คือ Dávid Guszejnov นักศึกษาปริญญาเอกที่ UT Austin
Claude-André Faucher-Giguèreผู้ร่วมวิจัยจากNorthwestern กล่าวว่า “การเข้าใจฟังก์ชันมวลเริ่มต้นของดาวฤกษ์เป็นปัญหาสำคัญ เพราะมันส่งผลกระทบต่อฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั่วทั้งกระดาน ตั้งแต่ดาวเคราะห์ใกล้เคียงไปจนถึงดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป “นั่นเป็นเพราะดาวฤกษ์มี DNA ที่ค่อนข้างง่าย หากคุณทราบมวลของดาวฤกษ์ คุณจะรู้สิ่งต่างๆ เกี่ยวกับดาวฤกษ์มากที่สุด: ปริมาณแสงที่เปล่งออกมา จะมีชีวิตอยู่ได้นานแค่ไหน และจะเกิดอะไรขึ้นกับดาวดวงนั้นเมื่อมันตาย การกระจายมวลดาวจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อว่าดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์สามารถดำรงชีวิตได้หรือไม่ เช่นเดียวกับดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป”
Faucher-Giguèreเป็นรองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ใน วิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์ Weinberg ของ Northwestern และเป็นสมาชิกของ Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA)
พื้นที่รอบนอกเต็มไปด้วยเมฆขนาดยักษ์ ซึ่งประกอบด้วยก๊าซเย็นและฝุ่น แรงโน้มถ่วงดึงจุดที่อยู่ไกลออกไปของก๊าซและฝุ่นเข้าหากันอย่างช้าๆ เพื่อสร้างกระจุกที่หนาแน่น วัสดุในกระจุกเหล่านี้ตกอยู่ภายใน ชน และจุดประกายความร้อนเพื่อสร้างดาวดวงแรกเกิด
ที่รายล้อมรอบ “ดาวฤกษ์โปรโตสตาร์” เหล่านี้คือจานหมุนของก๊าซและฝุ่น ดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะของเราเคยมีจุดอยู่ในดิสก์รอบดวงอาทิตย์แรกเกิดของเรา ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์สามารถดำรงชีวิตได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์และการกำเนิดของมัน ดังนั้น การทำความเข้าใจการก่อตัวดาวฤกษ์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพิจารณาว่าชีวิตสามารถก่อตัวขึ้นที่ใดในจักรวาลได้
“ดวงดาวคืออะตอมของกาแล็กซี” สเตลลา ออฟเนอร์ รองศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ UT Austin กล่าว “การกระจายมวลของพวกมันเป็นตัวกำหนดว่าดาวเคราะห์จะเกิดหรือไม่และชีวิตจะพัฒนาหรือไม่”
ทุกสาขาย่อยในดาราศาสตร์ขึ้นอยู่กับการกระจายมวลของดาว หรือฟังก์ชันมวลเริ่มต้น (IMF) ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทายสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการสร้างแบบจำลองอย่างถูกต้อง ดาวฤกษ์ที่ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเรานั้นหายากมาก คิดเป็นสัดส่วนเพียง 1% ของดาวแรกเกิด และสำหรับดาวเหล่านี้ทุกดวงจะมีดาวคล้ายดวงอาทิตย์มากถึง 10 ดวงและดาวแคระ 30 ดวง การสังเกตพบว่าไม่ว่าเราจะดูที่ใดในทางช้างเผือก อัตราส่วนเหล่านี้ (เช่น IMF) จะเท่ากัน สำหรับกระจุกดาวที่เพิ่งก่อตัวใหม่และสำหรับกระจุกดาวที่มีอายุหลายพันล้านปี
นี่คือความลึกลับของไอเอ็มเอฟ ประชากรดาวทุกดวงในดาราจักรของเรา และในดาราจักรแคระทุกแห่งที่ล้อมรอบเรามีความสมดุลเดียวกันนี้ แม้ว่าดาวของพวกมันจะเกิดภายใต้สภาวะที่แตกต่างกันอย่างมากในช่วงหลายพันล้านปี ตามทฤษฎีแล้ว IMF ควรมีความแตกต่างกันอย่างมาก แต่ก็เป็นสากลอย่างแท้จริง ซึ่งทำให้นักดาราศาสตร์งงงวยมานานหลายทศวรรษ
“เราถามมานานแล้วว่าทำไม” Guszejnov กล่าว “การจำลองของเราติดตามดวงดาวตั้งแต่แรกเกิดจนถึงจุดสิ้นสุดตามธรรมชาติของการก่อตัวเพื่อไขปริศนานี้”
อย่างไรก็ตาม การจำลองใหม่แสดงให้เห็นว่าการป้อนกลับของดาวในความพยายามที่จะต่อต้านแรงโน้มถ่วง ผลักมวลดาวไปสู่การกระจายมวลเดียวกัน การจำลองนี้เป็นครั้งแรกที่ติดตามการก่อตัวของดาวแต่ละดวงในเมฆขนาดยักษ์ที่กำลังยุบตัว ในขณะที่ยังจับภาพว่าดาวฤกษ์ที่เพิ่งก่อตัวใหม่เหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมอย่างไรโดยการให้แสงและการกระจายมวลออกผ่านไอพ่นและลม ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “การสะท้อนกลับของดาวฤกษ์” ”
โครงการ STARFORGE เป็นโครงการริเริ่มจากหลายสถาบัน ซึ่งนำโดย Guszejnov และ Michael Grudić จาก Carnegie Observatories Grudićเป็นเพื่อนร่วมงานดุษฎีบัณฑิต CIERA ที่ Northwestern เมื่อโครงการเริ่มต้นขึ้น การจำลองของ STARFORGE เป็นการจำลองการก่อตัวดาวฤกษ์ วิวัฒนาการ และการเปลี่ยนแปลงครั้งแรกพร้อมกัน โดยคำนึงถึงผลสะท้อนกลับของดาว ซึ่งรวมถึงไอพ่น การแผ่รังสี ลม และกิจกรรมซุปเปอร์โนวาในบริเวณใกล้เคียง ในขณะที่การจำลองอื่น ๆ ได้รวมการป้อนกลับของดวงดาวแต่ละประเภทเข้าไว้ด้วยกัน STARFORGE ได้นำสิ่งเหล่านี้มารวมกันเพื่อจำลองว่ากระบวนการต่างๆ เหล่านี้โต้ตอบกันอย่างไรเพื่อส่งผลต่อการก่อตัวดาว
ความร่วมมือนี้ได้รับทุนจาก National Science Foundation, NASA, Research Corporation for Science Advancement, Extreme Science and Engineering Discovery Environment, CIERA และ Harvard’s Institute for Theory and Computation การวิจัยเสร็จสิ้นในซูเปอร์คอมพิวเตอร์สองเครื่องที่ Texas Advanced Computing Center ของ UT Austin
