水素分子の乱流凝集塊の3Dシミュレーションによるスライス。画像クレジット：Mark Krumholz。拡大するにはクリックしてください
カリフォルニア大学バークレー校の天体物理学者とローレンスリバモア国立研究所（LLNL）は、星間ガスの巨大な雲の中に星がどのように形成されるかについて、2つの競合する理論の1つを爆発させました。
そのモデルは10年未満であり、イギリスの天文学者によって支持されており、星間水素雲がいくつかの小さなコア（未来の星の種）が形成される塊を形成すると予測しています。これらのコアは、全体で1光年未満であり、それら自体の重力の下で崩壊し、周囲の凝集塊でガスを求めて競合します。多くの場合、凝集塊から元の質量の10倍から100倍になります。
代替モデルは、しばしば「重力崩壊とフラグメンテーション」理論と呼ばれ、雲が原始星コアが形成される塊を発達させると推定しています。しかし、この理論では、コアは大きく、より小さな断片に分割されてバイナリまたは複数の星系を形成する可能性がありますが、これまでの質量のほぼすべてを含んでいます。
「競争力のある付加では、コアは成長して星になる種子です。私たちの写真では、コアが星に変わります」と、カリフォルニア大学バークレー校の物理学および天文学の教授であるクリスマッキーは説明しました。 「これまでの観測は、主に太陽のような低質量星形成の領域に焦点を当てており、私たちのモデルと一致しており、それらのモデルと一致していません。」
UCバークレーの天文学の非常勤教授でLLNLの研究者であるリチャードクラインは、次のように付け加えています。
マークR.クルムホルツ（現在はプリンストン大学の博士研究員）のマッキーとクラインが、調査結果をネイチャーの11月17日号で報告しています。
両方の理論は、分子水素の冷たい雲の中で星がどのように形成されるかを説明しようとしています。おそらく100光年にわたって、太陽の質量の100,000倍を含みます。そのような雲は、ハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡によって鮮やかな色で撮影されていますが、1つまたは複数の星への雲の崩壊のダイナミクスは、明確ではありません。星形成の理論は、銀河と銀河のクラスターがどのように形成されるかを理解するために重要であるとマッキーは述べた。
「星の形成は非常に豊かな問題であり、太陽のような星がどのように形成されたのか、なぜ非常に多数の星が連星系にあるのか、そして星が太陽の質量の10倍から100倍になるのか、などの質問が含まれます。」前記。 「超新星で爆発すると、周囲の物質に見られるほとんどの重元素を生成するため、より大きな星が重要です。」
競合的降着モデルは、どのように大きな星が形成されるかを説明するのに問題があると思われる重力崩壊モデルの問題に対応して、1990年代後半に孵化しました。特に、天文学者が太陽の質量の100倍の星を発見したとしても、大きな原始星からの強い放射が星の外層を吹き飛ばして大きく成長するのを妨げない理由を理論は説明できませんでした。
理論家、特にマッキー、クライン、クルムホルツは、重力崩壊理論をこの問題の説明に向けてさらに前進させてきましたが、競争的降着理論はますます観察と矛盾しています。たとえば、降着理論では、壊れた星である茶色の小人は塊から投げ出され、周囲のガスや塵の円盤を失うと予測しています。しかし、昨年、惑星の円盤で多数の褐色矮星が発見されました。
「競争的降着理論家はこれらの観察を無視した」とクラインは言った。 「あらゆる理論の究極のテストは、それが観測とどれだけよく一致するかであり、ここでは重力崩壊理論が明らかに勝者のように見えます。」
クルムホルツ、マッキー、クラインで使用されているモデルは、分子水素が渦巻く乱流の雲の中にあるガスが星に付着する際のガスの複雑なダイナミクスのスーパーコンピューターシミュレーションです。彼らの研究は、星がガス雲を移動するときに物質が降着する速度に対する乱流の影響の最初の研究であり、「競争降着」理論を破壊します。
カリフォルニア大学サンディエゴのサンディエゴスーパーコンピューターセンターで256の並列プロセッサを使用して、モデルを2週間近く実行し、星の形成ダイナミクスを正確に表現していることを示しました。
「6か月間、私たちはその理論を発展させるために非常に詳細な高解像度シミュレーションに取り組みました」とKleinは言いました。 「その後、その理論を手に入れて、星形成領域から収集できる特性を持つ星形成領域にそれを適用しました。」
ローレンスバークレー国立研究所とLLNLのスーパーコンピューターでも実行されたモデルは、コアと周囲のクランプの乱流により、降着が原始星に多くの質量を追加するのを妨げることを示しました。
「乱流のために、星は周囲の塊からはるかに多くの質量を効率的に増やせないことを示しました」と、クライン氏は語った。 「私たちの理論では、コアが崩壊して断片化すると、その星は基本的にそれが持つであろうすべての質量を持っています。低質量のコアで誕生した場合、最終的には低質量の星になります。高質量コアで生まれた場合、それは高質量星になる可能性があります。」
マッキー氏は、研究者のスーパーコンピュータシミュレーションは、乱流がほとんどない小さな雲では競合降着がうまく機能する可能性があることを示していますが、これが発生することはまれであり、現在まで観察されていません。実際の星形成領域は、降着モデルで想定されているよりもはるかに乱流が多く、乱流はそのモデルが想定しているようにすぐには減衰しません。いくつかの未知のプロセス、おそらくプロトスターから流出する物質が、コアがすぐに崩壊しないようにガスを巻き上げたままにします。
「乱流は重力に対抗します。それがなければ、分子雲は観測されるよりもはるかに速く崩壊するでしょう」とクライン氏は語った。 「どちらの理論も乱流があると仮定しています。重要なのは、スターが形成され始めて乱流を生き続け、崩壊を防ぐプロセスが進行しているということです。競合降着モデルには、これを計算に組み込む方法がありません。つまり、実際の星形成領域をモデル化していません。」
クライン、マッキー、およびクルムホルツは、大規模な原始星からの放射がすべての流入ガスを吹き飛ばすことなくどのように脱出するかを説明するために、モデルの改良を続けています。たとえば、彼らは、形成された多くの星の極から出ることが観察されたジェットによって作成された空洞を通って一部の放射線が逃げることができることを示しました。理論の多くの予測は、現在建設中の新しいより大きな望遠鏡、特に高感度で高解像度のアルマ望遠鏡がチリで米国、ヨーロッパ、日本の天文学者のコンソーシアムによって建設されていることで答えられる可能性があるとマッキー氏は語った。
この作業は、米国航空宇宙局、全米科学財団、エネルギー省によってサポートされました。
元のソース：UCバークレーニュースリリース
