Tre scienziati del Niels Bohr Institute (NBI), Università di Copenaghen, hanno effettuato ampie simulazioni al computer relative alla formazione stellare. Concludono che gli attuali modelli idealizzati mancano quando si tratta di descrivere i dettagli nel processo di formazione stellare. "Speriamo che i nostri risultati possano anche aiutare a far luce sulla formazione del pianeta, "dice Michael Küffmeier, astrofisico e capo del gruppo di ricerca.

Per spiegare le basi della formazione stellare, si possono usare modelli semplici – semplici forme geometriche che sono facili da capire e con cui relazionarsi.

Ma anche così, anche quando modelli così semplici possono spiegare i principi di base al lavoro, potrebbero ancora mancare quando si tratta di dettagli quantitativi - che è esattamente ciò che tre ricercatori del Center for Star and Planet Formation dell'NBI dimostrano in un articolo scientifico appena pubblicato su The Giornale Astrofisico .

Gli scienziati hanno effettuato simulazioni al computer della formazione di centinaia di stelle, da cui nove stelle accuratamente selezionate, che rappresentano varie regioni dello spazio, sono stati scelti per una modellazione più dettagliata, spiega l'astrofisico Michael Küffmeier, capo del progetto – che è anche una parte importante del suo dottorato di ricerca. tesi di laurea.

Küffmeier ha pianificato e condotto la ricerca in collaborazione con i colleghi dell'NBI, il professore Åke Nordlund e il docente senior Troels Haugbølle – e le simulazioni mostrano che la formazione stellare è davvero fortemente influenzata dalle condizioni ambientali locali nello spazio, dice Küffmeier:"Queste condizioni, ad esempio, controllano la dimensione dei dischi protoplanetari, e la velocità con cui avvengono le formazioni stellari, e nessuno studio scientifico lo ha mai dimostrato prima".

Computer che lavorano 24 ore su 24

Secondo il modello classico, una stella si forma quando un nucleo prestellare - un accumulo tondeggiante contenente circa il 99 percento di gas e l'1 percento di polvere - collassa a causa del "sovrappeso". una stella si forma al centro del crollo – seguita, per effetto del momento angolare, dalla formazione di un disco di gas e polvere che ruota intorno alla stella..

"Questo è il disco protoplanetario della stella, e si pensa che i pianeti si formino in tali dischi - il pianeta Terra non fa eccezione, "dice Michael Küffmeier.

Ma come sono riusciti i ricercatori dell'NBI a dettagliare questo modello? La risposta è strettamente legata alle simulazioni al computer allo stato dell'arte:si alimentano alcuni dei computer più potenti disponibili con un "carico" di informazioni quasi insondabile e si lasciano lavorare tutto il giorno per mesi. Poi, Michael Küffmeier dice, potresti avere la fortuna di poter mettere alla prova anche concetti consolidati:

"Abbiamo iniziato studiando il passaggio prima dei nuclei prestellari. E quando ci provi tramite simulazioni al computer, avrai inevitabilmente a che fare con Giant Molecular Clouds – che sono regioni nello spazio dense di gas e polvere; regioni, dove avviene la formazione stellare."

Una nuvola molto voluminosa

Una nuvola molecolare gigante è chiamata "gigante" per un motivo:basta prendere la nuvola molecolare gigante che i tre ricercatori dell'NBI hanno studiato. Se osservi attentamente questa nuvola - e per ragioni computazionali decidi di esaminarla "comprimendola" in un modello cubico, che è quello che hanno fatto i ricercatori:ti ritrovi con un cubo che misura 8 milioni di volte la distanza tra il Sole e la Terra su tutti i lati. E se esegui quella moltiplicazione, il risultato finale sarà più cifre di quanto la maggior parte dei cervelli possa anche solo vagamente comprendere, poiché la distanza dal Sole alla Terra è di 150 milioni di chilometri.

I ricercatori dell'NBI hanno esaminato da vicino nove stelle diverse in questa gigantesca nube molecolare - "e in ogni caso abbiamo raccolto nuove conoscenze sulla formazione di questa particolare stella, " dice Michael Küffmeier:

Formazione stellare in una nuvola molecolare gigante. I piccoli punti bianchi rappresentano le stelle nella simulazione al computer.

"Dato che abbiamo lavorato in diverse regioni di una gigantesca nube molecolare, i risultati delle stelle esaminate hanno rivelato differenze ad es. formazione del disco e dimensione del disco che possono essere attribuiti all'influenza esercitata dalle condizioni ambientali locali. In questo senso siamo andati oltre la comprensione classica della formazione stellare".

Il team dell'NBI aveva accesso a super computer - un gran numero di singoli computer collegati in rete - alcuni a Parigi, e alcuni a Copenaghen presso l'H.C. Ørsted Institute presso l'Università di Copenaghen. E le macchine sono state davvero messe al lavoro, afferma il docente senior Troels Haugbølle, uno dei coautori di Michael Küffmeiers:

"Questi calcoli erano così estesi che se immaginate che le simulazioni che descrivono la formazione di una sola delle stelle dovessero essere eseguite su un singolo computer portatile, la macchina dovrebbe funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per quasi 200 anni."

Supportato da osservazioni

Sulla base delle simulazioni al computer, i tre scienziati dell'NBI hanno studiato in particolare l'influenza dei campi magnetici e della turbolenza, fattori che si vedono svolgere ruoli importanti nella formazione stellare. Questo potrebbe, aggiunge Michael Küffmeier, essere uno dei motivi per cui i dischi protoplanetari sono relativamente piccoli in alcune regioni di una nuvola molecolare gigante:

"Siamo in grado di vedere quanto sia importante l'ambiente per il processo di formazione stellare. Abbiamo così iniziato il percorso per rendere realistico, modelli quantitativi della formazione di stelle e pianeti, e continueremo a scavare più a fondo in questo. Una delle cose che vorremmo esaminare ha a che fare con il destino della polvere nei dischi protoplanetari:vogliamo sapere come vengono separate polvere e gas, permettendo alla fine di formare i pianeti."

Gli scienziati dell'NBI sono lieti che le loro simulazioni al computer sembrino supportate dalle osservazioni del telescopio, dallo spazio e dal suolo – tra questi, osservazioni effettuate dal potente telescopio ALMA nel nord del Cile, afferma Michael Küffmeier:"Queste sono osservazioni che confermano qualitativamente le nostre simulazioni".

Il fatto che le osservazioni del telescopio "convalidino qualitativamente" le simulazioni al computer dell'NBI significa che le due serie di dati non si scontrano in modo significativo o si contraddicono a vicenda, spiega Michael Küffmeier:"Nulla derivato dalle osservazioni del telescopio contraddice la nostra ipotesi principale:che la formazione stellare sia una conseguenza diretta di processi che avvengono su scale più grandi".

Gli scienziati si aspettano che le loro continue simulazioni al computer contribuiranno a una migliore comprensione della formazione dei pianeti, combinando le conoscenze raccolte dalle simulazioni NBI con le osservazioni effettuate da ALMA e dall'avanzatissimo James Webb Space Telescope previsto per il lancio nell'ottobre 2018.

"Il James Webb Space Telescope sarà in grado di fornirci informazioni sull'atmosfera che circonda gli esopianeti - pianeti al di fuori del nostro sistema solare in orbita attorno a una stella, " dice Michael Küffmeier:"Questo, pure, ci aiuterà a comprendere meglio l'origine dei pianeti".