Sepotong melalui simulasi 3-D dari gumpalan molekul hidrogen yang bergejolak. Kredit gambar: Mark Krumholz. klik untuk memperbesar
Ahli astrofisika di University of California, Berkeley, dan Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) telah meledak salah satu dari dua teori yang bersaing tentang bagaimana bintang terbentuk di dalam awan besar gas antarbintang.
Model itu, yang berusia kurang dari 10 tahun dan diperjuangkan oleh beberapa astronom Inggris, meramalkan bahwa awan hidrogen antarbintang mengembangkan gumpalan di mana beberapa inti kecil - benih bintang masa depan - terbentuk. Core ini, kurang dari satu tahun cahaya, runtuh karena gravitasi mereka sendiri dan bersaing untuk gas di rumpun sekitarnya, sering mendapatkan 10 hingga 100 kali massa asli mereka dari rumpun.
Model alternatif, sering disebut teori "kehancuran gravitasi dan fragmentasi", juga berasumsi bahwa awan mengembangkan rumpun di mana inti proto-bintang terbentuk. Tetapi dalam teori ini, inti itu besar dan, meskipun mereka dapat terpecah menjadi potongan-potongan kecil untuk membentuk sistem bintang ganda atau biner, mengandung hampir semua massa yang pernah mereka miliki.
“Dalam pertambahan kompetitif, inti adalah biji yang tumbuh menjadi bintang; dalam gambar kita, inti berubah menjadi bintang-bintang, ”jelas Chris McKee, profesor fisika dan astronomi di UC Berkeley. "Pengamatan sampai saat ini, yang berfokus terutama pada daerah formasi bintang bermassa rendah, seperti matahari, konsisten dengan model kami dan tidak konsisten dengan mereka."
"Akresi kompetitif adalah teori besar pembentukan bintang di Eropa, dan kami sekarang menganggapnya sebagai teori mati," tambah Richard Klein, seorang profesor astronomi tambahan di UC Berkeley dan seorang peneliti di LLNL.
Mark R. Krumholz, sekarang seorang rekan pasca doktoral di Universitas Princeton, McKee dan Klein melaporkan temuan mereka dalam Nature edisi 17 November.
Kedua teori mencoba menjelaskan bagaimana bintang terbentuk di awan dingin molekul hidrogen, mungkin 100 tahun cahaya dan mengandung 100.000 kali massa matahari kita. Awan seperti itu telah difoto dalam warna cemerlang oleh teleskop luar angkasa Hubble dan Spitzer, namun dinamika keruntuhan awan menjadi satu atau banyak bintang masih jauh dari jelas. Teori pembentukan bintang sangat penting untuk memahami bagaimana galaksi dan kelompok galaksi terbentuk, kata McKee.
"Pembentukan bintang adalah masalah yang sangat kaya, yang melibatkan pertanyaan seperti bagaimana bintang seperti matahari terbentuk, mengapa sejumlah besar bintang berada dalam sistem bintang biner, dan bagaimana bintang sepuluh hingga seratus kali massa bentuk matahari," katanya. kata. "Bintang-bintang yang lebih masif itu penting karena, ketika mereka meledak di supernova, mereka menghasilkan sebagian besar unsur berat yang kita lihat dalam materi di sekitar kita."
Model pertambahan kompetitif ditetaskan pada akhir 1990-an sebagai tanggapan terhadap masalah dengan model keruntuhan gravitasi, yang tampaknya mengalami kesulitan menjelaskan bagaimana bentuk bintang-bintang besar. Secara khusus, teori ini tidak dapat menjelaskan mengapa radiasi yang kuat dari protobintang besar tidak hanya menghancurkan lapisan luar bintang dan mencegahnya tumbuh lebih besar, meskipun para astronom telah menemukan bintang yang 100 kali massa matahari.
Sementara para ahli teori, di antaranya McKee, Klein dan Krumholz, telah mengembangkan teori keruntuhan gravitasi lebih jauh untuk menjelaskan masalah ini, teori pertambahan daya saing semakin bertentangan dengan pengamatan. Sebagai contoh, teori pertambahan memprediksi bahwa katai coklat, yang merupakan bintang gagal, terlempar keluar dari rumpun dan kehilangan piringan gas dan debu yang melingkari mereka. Namun, pada tahun lalu, banyak katai coklat ditemukan dengan cakram planet.
"Ahli teori akresi kompetitif telah mengabaikan pengamatan ini," kata Klein. "Tes pamungkas dari setiap teori adalah seberapa baik teori itu setuju dengan pengamatan, dan di sini teori keruntuhan gravitasi tampaknya menjadi pemenang yang jelas."
Model yang digunakan oleh Krumholz, McKee dan Klein adalah simulasi superkomputer dari dinamika gas yang rumit di dalam awan hidrogen molekul yang berputar dan bergejolak saat ia bertambah menjadi bintang. Mereka adalah studi pertama tentang efek turbulensi pada tingkat di mana bintang bertambah penting ketika bergerak melalui awan gas, dan itu menghancurkan teori "pertambahan kompetitif".
Mempekerjakan 256 prosesor paralel di Pusat Superkomputer San Diego di UC San Diego, mereka menjalankan model mereka selama hampir dua minggu untuk menunjukkan bahwa itu secara akurat mewakili dinamika pembentukan bintang.
"Selama enam bulan, kami mengerjakan simulasi resolusi sangat tinggi, sangat rinci, untuk mengembangkan teori itu," kata Klein. "Lalu, dengan teori itu di tangan, kami menerapkannya pada daerah pembentuk bintang dengan sifat-sifat yang dapat diperoleh seseorang dari daerah pembentuk bintang."
Model-model, yang juga dijalankan pada superkomputer di Lawrence Berkeley National Laboratory dan LLNL, menunjukkan bahwa turbulensi di inti dan rumpun sekitarnya akan mencegah pertambahan dari menambah banyak massa pada protobintang.
"Kami telah menunjukkan bahwa, karena turbulensi, sebuah bintang tidak dapat secara efisien menghasilkan lebih banyak massa dari rumpun di sekitarnya," kata Klein. “Dalam teori kami, begitu sebuah inti runtuh dan terpecah-pecah, bintang itu pada dasarnya memiliki semua massa yang pernah ada. Jika ia lahir dalam inti bermassa rendah, ia akan berakhir menjadi bintang bermassa rendah. Jika ia lahir dalam inti massa tinggi, ia dapat menjadi bintang massa tinggi. "
McKee mencatat bahwa simulasi superkomputer para peneliti menunjukkan pertambahan kompetitif dapat bekerja dengan baik untuk awan kecil dengan turbulensi yang sangat sedikit, tetapi ini jarang, jika pernah, terjadi dan belum diamati hingga saat ini. Daerah pembentukan bintang nyata memiliki turbulensi yang jauh lebih banyak daripada yang diasumsikan dalam model pertambahan, dan turbulensi tidak cepat membusuk, seperti yang diduga oleh model itu. Beberapa proses yang tidak diketahui, mungkin materi mengalir keluar dari protostars, membuat gas bergolak sehingga inti tidak cepat hancur.
“Turbulensi melawan gravitasi; tanpanya, awan molekul akan runtuh jauh lebih cepat daripada yang diamati, ”kata Klein. “Kedua teori menganggap turbulensi ada di sana. Kuncinya adalah (bahwa) ada proses yang terjadi ketika bintang mulai terbentuk yang menjaga turbulensi tetap hidup dan mencegahnya membusuk. Model pertambahan kompetitif tidak memiliki cara untuk memasukkan ini ke dalam perhitungan, yang berarti mereka tidak memodelkan daerah pembentuk bintang yang nyata. "
Klein, McKee dan Krumholz terus menyempurnakan model mereka untuk menjelaskan bagaimana radiasi dari protostars besar lolos tanpa meniup semua gas yang jatuh. Sebagai contoh, mereka telah menunjukkan bahwa beberapa radiasi dapat lolos melalui rongga yang diciptakan oleh jet yang diamati untuk keluar kutub banyak bintang dalam formasi. Banyak prediksi teori dapat dijawab oleh teleskop baru dan lebih besar yang sekarang sedang dibangun, khususnya teleskop ALMA resolusi tinggi yang sensitif sedang dibangun di Chili oleh konsorsium Amerika Serikat, astronom Eropa dan Jepang, kata McKee.
Pekerjaan itu didukung oleh Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional, Yayasan Sains Nasional dan Departemen Energi.
Sumber Asli: Rilis Berita UC Berkeley
