ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Naše Sunce ima brata ili sestru?

Zvijezde su uglavnom građene od vodika i helija, no osim navedenih sadrže tragove mnoštva drugih elemenata poput ugljika, kisika i željeza, ali nekih nesvakidašnjih supstanci.

Pažljivim mjerenjem valne duljine svijetla (boje) koju zvijezde emitiraju, astronomi mogu odrediti kolika je zastupljenost pojedinog elementa u građi same zvijezde. Kod bilo kojih dviju nasumce odabranih zvijezda, brojnost elemenata u tragovima će se malo razlikovati: neke zvijezde će sadržavati malo više željeza, neke ugljika itd.

Međutim, astronomi već više od desetljeća smatraju da dvije zvijezde unutar zajedničke gravitacijski vezane nakupine uvijek imaju istu gustoću. „Uzorak gustoće je poput DNA otiska gdje svi članovi obitelji dijele zajednički set gena“, kaže Mark Krumholz, izvanredni profesor astronomije i astrofizike na Sveučilištu u Kaliforniji, Santa Cruz (UCSC). 

Preko DNA do davno izgubljene obitelji

Mogućnost mjerenja spomenutih „otisaka“ potencijalno je vrlo korisno budući da zvjezdane obitelji obično ne ostaju zajedno. Većina zvijezda nastaju kao članovi nakupina, no s vremenom se razdvoje i migriraju galaksijom. Međutim, njihova gustoća je određena rođenjem. Zato su astronomi dugo razmatrali da li je moguće za dvije zvijezde, koje se nalaze na suprotnim krajevima galaksije, odrediti da su rođene prije nekoliko milijardi godina u istom velikom molekularnom oblaku. Nadalje, razmatrali su mogućnost o pronalasku davno izgubljenog brata/sestre našeg Sunca.

Postoji, međutim, jedan veliki problem: „Iako su zvijezde koje su dio iste, dugovječne nakupine kemijski identične, nije postojao opravdani razlog da bismo smatrali da takve obiteljske sličnosti dokazuju da su zvijezde zajedno rođene, a potom odmah raspršene“, objašnjava Krumholz. „Ključni problem je bio da zapravo nismo znali uzrok zvjezdanoj homogenosti“. Primjerice, u oblaku gdje su se zvijezde brzo formirale, moguće je da nije bilo dovoljno vremena za potpuno homogeniziranje oblaka, što je za posljedicu imalo istovremeno rođenje zvijezda no ne i njihov uniformni kemijski sastav. „Bez pravog razumijevanja fizikalnog mehanizma koji rezultira ravnomjernošću, sve je samo nagađanje“, dodaje. 

Iznenađujuća snaga

Krumholz i njegov apsolvent Yi Feng, pomoću UCSC Hyades superračunala napravili su simulaciju dinamike fluida. Simulirali su dvije struje međuzvjezdanih plinova koje se sjedinjuju oblikujući oblak koji će se, tijekom nekoliko milijuna godina, urušiti pod vlastitom gravitacijom i stvoriti nakupinu zvijezda. „Dodali smo boju u dvije struje u simulaciji što nam je omogućilo praćenje miješanja plinova tijekom procesa“, prepričava Krumholz. U jednu struju stavili su crvenu, a u drugu plavu boju, a u trenutku kada se oblak počeo raspadati i formirati zvijezde sve je bilo ljubičasto, uključujući i nastale zvijezde. „Uočili smo da, u trenutku kada su se struje približile jedna drugoj, su postale ekstremno turbulentne, a sama turbulencija je vrlo efikasno pomiješala boje dvaju mlazova“, rekao je.

„Simulacija je otkrila zašto zvijezde koje su rođene istovremeno imaju iste nakupine elemenata u tragovima: budući da je oblak koji ih oblikuje okupljen dolazi do vrlo brzog i temeljitog miješanja“, rekao je Krumholz. „To nas je zapravo iznenadilo; nisam očekivao da će turbulencija biti toliko snažna, a sukladno tome nisam očekivao ni da će miješanje biti toliko brzo i uspješno. Mislio sam da ćemo dobiti nekoliko plavih i crvenih zvijezda, no sve nastale zvijezde bile su ljubičaste“. 

Računalna simulacija kolizije međuzvjezdanih plinova

Dva snimka trajanja 11 sekundi pokazuju računalnu simulaciju kolizije dviju konvergentnih struja međuzvjezdanih plinova koja rezultira slomom i formiranjem zvjezdane nakupine u središtu. U oba filma, brz porast brojeva pokazuje promjenu u milijunima godina; lijevi prikaz pokazuje gustoću međuzvjezdanog plina (žute i crvene su najgušće), a desni prikaz pokazuje crvene i plave obojane struje dodane kako bi se pokazalo miješanje plinova tijekom sloma.

Označeni krugovi na crnoj površini predstavljaju zvijezde; zvijezde su prikazane bijelom bojom na lijevoj snimci, a na desnoj njihova boja reflektira količinu dviju boja obilježenih atoma u svakoj zvijezdi. Simulacija otkriva da su struje plinova u potpunosti homogenizirane u kratkom periodu konvergencije, puno prije nego li su zvijezde bile formirane.

Daljnjim istraživanjem simulacije, Krumholz i Feng uočili su da čak i oblaci kojima većina plinova ne formira zvijezde (moguće u slučaju Sunčevog roditelja), svejedno rezultiraju zvijezdama koje imaju gotovo identičnu gustoću. „Fizikalno smo objasnili kako i zašto dolazi do kemijskog miješanja i uvjerljivo dokazali da je kemijski proces miješanja općenit i brz čak i u uvjetima gdje nema nakupina zvijezda, poput one u kojoj je nastalo Sunce“, smatra Krumholz.

Navedeno otkriće učvrstilo je ideju o kemijskom obilježavanju. „Ovo su odlične vijesti za buduća istraživanja Sunčevog davno izgubljenog brata/sestre“, rekao je Krumholz. 

Izvor: University of California High-Performance AstroComputing Center

Podijeli.