美國研發一套最真實的恆星誕生模擬系統
至今為止，包括由西北大學天體物理學家在內的科學團隊開發了一套最真實，最高分辨率的恆星形成立體模擬軟件。結果是視覺上令人驚嘆的數學驅動奇蹟。觀看者可以在立體空間中漂浮多彩的氣體雲中，同時觀看閃爍的恆星。
該計算框架稱為「星際匯聚 」STARFORGE（氣體環境中恆星的形成），它是第一個模擬整個氣體雲的系統，該氣體雲的質量是恆星誕生的一百倍，並且充滿了恆星誕生前的活力色彩。
這也是第一個同時模擬恆星形成，演化和動力學，同時考慮恆星反應（包括射流、輻射、風和附近的超新星活動）的模擬。雖然其它模擬已合併各種類型的恆星反饋，但「星際匯聚」完全將它們組合在一起，模擬這些不同過程如何相互作用以影響恆星形成。
利用這個美麗的虛擬實驗室，研究人員探索長期存在的問題，包括恆星形成為何緩慢且效率低下，決定恆星質量的原因以及恆星傾向於成簇形成的原因。
研究人員使用「星際匯聚」來發現原恆星噴射流（伴隨恆星形成的高速氣流）在確定恆星質量方面起著至關重要的作用。通過計算恆星的精確質量，研究人員可以確定恆星的亮度和內部機制，並對恆星的死亡做出更好的預測。
西北大學的米高·格魯迪（Michael Grudić）表示，幾十年來人們已經進行很多恆星形成過程，但是「星際匯聚」是技術上的一次突破。其它模型只能模擬形成恆星的微小雲層，而不是高分辨率的整個雲層。在沒有看到大圖的情況下，我們錯過了許多可能影響恆星結果的因素。
恆星形成方式在很大程度上是天體物理學的核心問題。由於涉及物理過程的範圍，這是一個非常具有挑戰性的問題。這種新的模擬將幫助我們直接解決我們以前無法明確回答的基本問題。
從開始到結束，恆星形成需要數千萬年的時間。即使天文學家觀察夜空瞥見這一過程，他們也只能看到一個簡短的片段。
格魯迪說：「當我們觀察到任何給定區域的恆星形成時，我們所看到的都是當時凍結的恆星形成場所。星星也形成在塵埃雲中，因此它們大部分是隱藏的。」
為了使天體物理學家能夠查看恆星形成的完整動態過程，他們必須依靠模擬。為了開發「星際匯聚」，該團隊結合了物理中多種現象的計算代碼，包括氣體動力學、磁場、重力、加熱和冷卻以及恆星反應過程。該模型運行一次需要花費整整三個月的時間來完成一次仿真，而且它需要世界上最大型的超級電腦之一，電腦由美國國家科學基金會的德克薩斯高級計算中心（Texas Advanced Computing Center）運營。
所得的模擬結果顯示，漂浮在銀河系中的氣體質量是太陽質量的數十倍至數百萬倍。隨著氣體雲的演化，它形成的結構會崩潰並破碎成碎片，最終形成單個恆星。一旦恆星形成，它們就會從兩極向外發射氣體，穿過周圍的雲層。當不再有氣體形成恆星時，該過程結束。
【圖、文：節譯自美國西南大學2021年5月18日新聞公佈】研究結果刊登在2021年5月17日出版的英國《皇家天文學會月報》
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