本報(bào)訊?近日，天體物理學(xué)家開(kāi)發(fā)了迄今為止最真實(shí)、分辨率最高的恒星形成3D模型。他們的成果是一個(gè)非常美麗的、由數(shù)學(xué)驅(qū)動(dòng)的視覺(jué)工具，當(dāng)恒星在周圍出現(xiàn)時(shí)，觀察者仿佛置身于五顏六色的氣體云中。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》。

這個(gè)名為STARFORGE（氣態(tài)環(huán)境中的恒星形成）的模型首次以全彩高分辨率模擬了整個(gè)氣體云（恒星誕生的地方），同時(shí)也考慮了噴流、輻射、風(fēng)和附近的超新星活動(dòng)。STARFORGE把它們放在一起來(lái)模擬這些不同的過(guò)程是如何相互作用影響恒星形成的。

“人們模擬恒星形成已經(jīng)有幾十年了，但STARFORGE是技術(shù)上的一次巨大飛躍?！痹撗芯款I(lǐng)導(dǎo)者之一、西北大學(xué)Michael Grudi表示，其他模型只能模擬形成恒星的云團(tuán)的一小塊，而不是高分辨率的整個(gè)云團(tuán)。

利用這個(gè)美麗的虛擬實(shí)驗(yàn)室，研究人員的目標(biāo)是探索以下問(wèn)題：為什么恒星形成緩慢而低效，是什么決定了恒星的質(zhì)量，以及為什么恒星傾向于形成星團(tuán)。

該研究資深作者、美國(guó)西北大學(xué)Claude-André Faucher-Giguère說(shuō)，恒星的形成是天體物理學(xué)領(lǐng)域的核心問(wèn)題?！斑@是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，因?yàn)樯婕暗降奈锢磉^(guò)程范圍很大。這種新的模型將幫助我們直接解決以前無(wú)法明確回答的基本問(wèn)題。”

Grudi說(shuō)：“恒星是在塵埃云中形成的，所以它們大多不容易被觀測(cè)到。”對(duì)于天體物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，要想看到完整、動(dòng)態(tài)的恒星形成過(guò)程，必須依靠模擬，而STARFORGE提供了有史以來(lái)最詳細(xì)的視圖。

為了開(kāi)發(fā)STARFORGE，該團(tuán)隊(duì)整合了多種物理現(xiàn)象，包括氣體動(dòng)力學(xué)、磁場(chǎng)、重力、加熱和冷卻以及恒星反饋過(guò)程。有時(shí)要花整整3個(gè)月來(lái)運(yùn)行一次模擬，而這個(gè)模型需要世界上最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)才能運(yùn)行。

模擬結(jié)果顯示，大量的氣體（其質(zhì)量是太陽(yáng)的幾千萬(wàn)倍）飄浮在星系中。隨著氣體云的演變，它會(huì)形成一些結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)會(huì)坍塌并分裂成碎片，并最終形成單獨(dú)的恒星。

在第一次漫長(zhǎng)的模擬運(yùn)行完成后，STARFORGE幫助團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)于恒星形成方式的重要新見(jiàn)解。當(dāng)研究人員在沒(méi)有考慮噴流的情況下進(jìn)行模擬時(shí)，這些恒星最終變?yōu)槌筚|(zhì)量恒星，其質(zhì)量是太陽(yáng)的10倍。而在模擬中加入噴流后，恒星的質(zhì)量變得更加真實(shí)——不到太陽(yáng)質(zhì)量的一半。

“噴流擾亂了流向恒星的氣體。” Grudi說(shuō)，“它把原本留在恒星內(nèi)增加其質(zhì)量的氣體吹走。通過(guò)模擬系統(tǒng)，我們對(duì)相關(guān)原理有了深刻的理解?！?/p>

除了解恒星外，研究人員相信STARFORGE可以幫助科學(xué)家更多地了解宇宙甚至我們自己。

Grudi認(rèn)為，通過(guò)了解星系的形成，我們可以更多地了解宇宙的組成，理解我們來(lái)自哪里，以及我們?cè)谟钪嬷械奈恢谩?/p>

Faucher-Giguère表示：“恒星的質(zhì)量可以告訴我們它的亮度，以及恒星內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)類型。有了這些，我們就可以了解更多合成恒星的元素，如碳元素和氧元素，這些元素也是構(gòu)成我們?nèi)梭w的元素?！?strong>（辛雨）

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1093/mnras/stab1347