Le simulazioni Starforge sono le prime a modellare simultaneamente la formazione, l’evoluzione e la dinamica delle stelle, tenendo conto di un’ampia serie di fattori
Lo scorso anno, un team di astrofisici ha lanciato Starforge, un progetto che produce le simulazioni 3D di formazione stellare più realistiche e con la più alta risoluzione di sempre. Ora, gli scienziati hanno utilizzato queste simulazioni per scoprire cosa determina le masse delle stelle, un mistero che ha affascinato gli astrofisici per decenni.
In un nuovo studio, hanno scoperto che la formazione stellare è un processo di autoregolamentazione. In altre parole, le stelle stesse “stabiliscono” le proprie masse. Questo aiuta a spiegare perché le stelle formate negli ambienti più disparati presentano masse simili. La nuova scoperta potrebbe consentire ai ricercatori di comprendere meglio la formazione stellare all’interno della Via Lattea e di altre galassie.
Lo studio è stato pubblicato la scorsa settimana sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. La collaborazione coinvolge esperti della Northwestern University, dell’Università del Texas ad Austin (Ut Austin), dei Carnegie Observatories, dell’Università di Harvard e del California Institute of Technology.
«Capire la funzione di massa iniziale stellare è un problema importante perché ha un impatto sull’astrofisica su tutta la linea, dai pianeti vicini alle galassie lontane», spiega Claude-André Faucher-Giguère della Northwestern, coautore dello studio. «Questo perché le stelle hanno un Dna relativamente semplice. Se conosci la massa di una stella, allora conosci la maggior parte delle cose della stella: quanta luce emette, per quanto tempo vivrà e cosa le accadrà quando morirà. La distribuzione delle masse stellari è quindi fondamentale per stabilire se i pianeti che orbitano attorno alle stelle possono potenzialmente sostenere la vita, così come l’aspetto delle galassie lontane».
Lo spazio esterno è pieno di nubi giganti, composte da gas freddo e polvere. Lentamente, la gravità attira granelli lontani di questo gas e polvere l’uno verso l’altro per formare densi grumi. I materiali in questi grumi cadono verso l’interno, schiantandosi e sprigionando calore per creare una stella neonata. Intorno a ciascuna di queste protostelle c’è un disco rotante di gas e polvere. Ogni pianeta del Sistema solare una volta era una piccola macchia in questo disco appena nato. Il fatto che i pianeti in orbita attorno a una stella possano ospitare o meno la vita dipende dalla massa della stella e da come si è formata. Pertanto, la comprensione della formazione stellare è fondamentale per determinare dove può formarsi la vita nell’universo. «Le stelle sono gli atomi della galassia», sottolinea Stella Offner dell’Ut Austin. «La loro distribuzione di massa determina se i pianeti nasceranno e se potrebbe svilupparsi la vita».
Ogni campo dell’astronomia dipende dalla distribuzione di massa delle stelle – la funzione di massa iniziale (Imf) –, che si è rivelata difficile da modellare correttamente. Le stelle molto più grandi del Sole sono rare e costituiscono solo l’1 per cento delle stelle appena nate. E per ognuna di queste stelle ci sono fino a 10 stelle simili al Sole e 30 stelle nane. Le osservazioni hanno scoperto che, indipendentemente da dove guardiamo nella Via Lattea, questi rapporti (cioè la Imf) sono gli stessi, sia per gli ammassi stellari di nuova formazione che per quelli che hanno miliardi di anni.
Ogni popolazione di stelle nella nostra galassia, e in tutte le galassie nane che ci circondano, ha questo stesso equilibrio, anche se le loro stelle sono nate in condizioni estremamente diverse nel corso di miliardi di anni. In teoria, la Imf dovrebbe variare notevolmente, ma è virtualmente universale, il che ha lasciato perplessi gli astronomi per decenni. «Per molto tempo ci siamo chiesti perché», ricorda Dávid Guszejnov, primo autore dello studio dell’Ut Austin. «Le nostre simulazioni hanno seguito le stelle dalla nascita fino al momento finale naturale della loro formazione per risolvere questo mistero».
Queste simulazioni sono le prime a seguire la formazione di singole stelle in una nube gigante che collassa, catturando anche il modo in cui le stelle di nuova formazione interagiscono con l’ambiente circostante emettendo luce e diffondendo massa tramite getti e venti, un fenomeno denominato feedback stellare. Le nuove simulazioni hanno mostrato che il feedback stellare, nel tentativo di opporsi alla gravità, spinge le masse stellari verso la stessa distribuzione di massa.
Le simulazioni Starforge sono le prime a modellare simultaneamente la formazione, l’evoluzione e la dinamica delle stelle, tenendo conto del feedback stellare, inclusi i getti, le radiazioni, il vento stellare e l’attività delle vicine supernove. Mentre altre simulazioni hanno incorporato diversi tipi di feedback stellare, uno alla volta, Starforge li mette tutti insieme per simulare il modo in cui questi vari processi interagiscono per influenzare la formazione stellare.
Per saperne di più:
- Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Effects of the environment and feedback physics on the initial mass function of stars in the STARFORGE simulations” di Dávid Guszejnov, Michael Y Grudić, Stella S R Offner, Claude-André Faucher-Giguère, Philip F Hopkins e Anna L Rosen