天体物理学家首次模拟整片气态物质形成恒星的过程

天体物理学家首次模拟整片气态物质形成恒星的过程

恒星的诞生是狂野又辉煌的历程。在密集的、寒冷的气体和尘埃云中，历时数百万年。

这不是一个我们能够从头到尾旁观的过程，但是一次壮观的模拟使我们比以往任何时候都更接近它们。

利用被称为STARFORGE(气态环境中的恒星生成)的系统，天文学家首次模拟出形成恒星的整片分子云，一个被称为恒星苗圃的区域。

这能帮助天文学家更了解恒星，与真正的原星(尚未完全长大的恒星)，比较不同的形成阶段，帮助了解起作用的进程。

西北大学的天体物理学家Claude-André Faucher-Giguère说：”恒星的形成是天体物理学的一个核心问题。由于涉及到一系列的物理过程，这一直是一个非常具有挑战性的探索问题。最新模拟将帮助我们直接解决我们以前无法明确回答的基本问题。”

我们认为我们已经掌握了恒星形成的大致情况。首先，从分子气体团块开始，聚集，有了足够的密度，气体在其自身的引力下坍缩，形成原星，开始旋转。

这种旋转导致它周围气态物质形成圆盘，这些圆盘就像下水道中的水打着旋流入成长中的恒星，同时增加恒星的质量(引力)，形成良性循环。

当恒星获得足够的质量时，核心足够的热量和压力激活核聚变，氢原子融合形成氦。圆盘中剩余的物质形成行星和小行星以及所有其他的东西。

然而，这一切都发生在密集的云层中，这意味着我们很难看到它。而且，由于那是横跨数百万年的时间窗口，我们难以记录下完整原星的诞生过程。

为了建立STARFORGE，由西北大学的Michael Grudić 领导的天文学家团队必须考虑到多种物理现象，包括温度、重力、磁场、气体动力学，以及从幼年恒星发出的强大恒星风和等离子体喷流，即所谓的恒星反馈。

他们在世界上最强大的超级计算机之一，德克萨斯大学的Frontera上进行了近100天的模拟。下面的片段是一个美丽的东西——整个恒星苗圃。

Grudić说：”人们模拟恒星形成已经有几十年了，但是STARFORGE是技术上的一个飞跃。

“其他模型只能够模拟恒星形成的一小块，而非高分辨率的整个云。如果没有看到全局，我们就会错过很多可能影响恒星结果的因素。”

视频中的模拟云，比太阳质量大2万倍。随着时间推移，气体被星际风和冲击波等力量推来推去，这就形成了密度较高的区域，可以在引力作用下坍缩成原恒星。

随着一颗恒星的形成和成长，它开始产生强大的恒星风。此外，落入恒星的物质开始与恒星的磁场相互作用；其中一些物质被抽走，沿着磁场线流向两极，在那里以强大的等离子体喷流的形式被轰入太空。

这两种形式的反馈推开周围的气体，从而切断了物质的流动，阻止了恒星的进一步增长。

最近基于观测数据的研究表明，恒星反馈在决定一颗恒星的质量方面可能并不像我们想象的那么大。

但是该团队的研究显示了相反的情况。当他们在没有反馈的情况下进行模拟时，最终得到了大得离谱的恒星。如果考虑反馈作用，恒星最终变成了更正常的大小。

这也很好地证明了STARFORGE的潜力。通过从一个尽可能接近真实宇宙的场景开始，天文学家可以探索许多不同的物理过程。

打开和关闭某些进程，可以帮助确定进程的作用，并可以解答关于宇宙的关键问题。

这项研究已经发表在《皇家天文学会月报》上。

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