Astronomowie odkryli, że powstawanie gwiazd w gromadach nie jest przypadkowe

Powstawanie gwiazd w gromadach może być znacznie bardziej uporządkowane, niż sądzono. Naukowcy wykazali, że proces ten podlega samoregulacji, dzięki czemu można przewidzieć, jakie gwiazdy się uformują.

Powstawanie gwiazd w gromadach podlega samoregulacji

W ramach nowego badania naukowcy z Nanjing University i University of Bonn wykazali, że zamiast być przypadkowa, masa nowych gwiazd powstających w gromadzie jest w rzeczywistości kontrolowana przez określony proces samoregulacji. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Research in Astronomy and Astrophysics”.

Kiedy w galaktyce pojawiają się nowe gwiazdy, zazwyczaj formują się one w gromadach gwiazd wewnątrz rozległych obłoków gazu. Podczas gdy niektóre z tych obiektów są małe, chłodne i słabo świecą, inne mają 10 razy większą masę niż Słońce i sto tysięcy razy większą jasność – w rezultacie żyją jednak krócej. Te różnice w początkowej masie mają znaczący wpływ na jasność galaktyk.

„Całkowita masa galaktyk karłowatych jest stosunkowo niska, więc nie będą one produkować żadnych wyjątkowo masywnych gwiazd, które byłyby jaśniejsze niż nasze Słońce. Natomiast bardzo masywne galaktyki eliptyczne, które we wczesnym etapie Wszechświata utworzyły niemal 10 miliardów gwiazd w ciągu zaledwie 10 milionów lat, generowały miliony tych ultrajasnych” – mówi Pavel Kroupa z University of Bonn.

Najmasywniejsze gwiazdy nie są dziełem przypadku

Zdaniem astronomów rzeczywista masa każdej pojedynczej gwiazdy w gromadzie jest do końca kwestią przypadku, ale odkryli oni, że masa najmasywniejszej z nich jest determinowana przez masę całej struktury. Naukowcy wykorzystali to do opracowania koncepcji zwanej optymalnym próbkowaniem (optimal sampling), która umożliwia obliczenie rozkładu gwiazd w młodej populacji.

„Kiedy gwiazdy powstają z obłoku gazu, ich masy nie są ustalane losowo, lecz podlegają precyzyjnemu porządkowi, który nie pozostawia miejsca na fluktuacje statystyczne. Może się tak dziać tylko wtedy, gdy proces formowania gwiazd jest wyjątkowo silnie samoregulujący się” – twierdzi Pavel Kroupa.

Jedna liczba wystarczy, by opisać całą gromadę

Do niedawna fizycy nie potrafili jednak wyjaśnić tej samoregulacji. W ramach badania astronomowie wykorzystali entropię Shannona (znaną również jako entropia informacyjna), aby opracować podejście, zgodnie z którym gromady gwiazd rozwijałyby się według szczególnie efektywnej zasady.

„Spośród wszystkich możliwych scenariuszy rozkładu mas realizuje się ten, który jest najbardziej naturalny dla dużych skal i najmniej zależny od szczegółów mikroskopowych” – zaznacza Eda Gjergo z Nanjing University.

Nowe podejście może zmienić naszą wiedzę o kosmosie

„To badanie otwiera nowy sposób formułowania teorii dotyczących populacji gwiazd. Wystarczy nam teraz jedna liczba – masa populacji gwiazd – aby wiedzieć, jakie rodzaje gwiazd i ile ich powstanie z obłoku gazu. Pozwoli to przeprowadzać bardzo wydajne obliczenia dotyczące ewolucji galaktyk, ponieważ nie musimy już wykonywać tysięcy obliczeń dla pojedynczego przypadku, co oszczędzi dużo czasu obliczeniowego superkomputerów, a tym samym energii” – podkreśla Pavel Kroupa.

„Wiele obliczeń dotyczących ewolucji galaktyk będzie musiało zostać wykonanych na nowo. Wbrew wcześniejszej teorii małe galaktyki karłowate nie tworzą żadnych masywnych gwiazd, co ma fundamentalny wpływ na teorię obiegu materii we Wszechświecie” – podsumowuje Pavel Kroupa.

Emil Gołoś