وقام فريق يضم علماء فيزياء فلكية من جامعة نورث وسترن في إلينوي بتطوير محاكاة ثلاثية الأبعاد أكثر واقعية وأعلى دقة لتشكيل النجوم حتى الآن.
وكانت نتيجة جهودهم أداة جميلة بصريا تتيح للمشاهدين الطفو حول سحابة غاز ملونة بينما تظهر النجوم من حولهم.
يُعرف الإطار الحسابي باسم STARFORGE (التكوين النجمي في البيئات الغازية)، وهو أول إطار يحاكي سحابة غاز كاملة بألوان كاملة عالية الدقة، وهو أكبر حجما بما يصل إلى 100 مرة مما كان ممكنا في السابق.
كما أنها أول محاكاة لنمذجة تشكل النجوم وتطورها ودينامياتها مع مراعاة أشياء مثل التيارات النفاثة والإشعاع والرياح ونشاط المستعرات الأعظمية القريبة.
ويهدف الباحثون إلى استكشاف أسئلة حول سبب بطء تشكل النجوم وعدم فعاليتها، وما الذي يحدد كتلة النجم ولماذا تميل النجوم إلى التكون في مجموعات.
ويأتي الفريق الذي يقف وراء STARFORGE من مجموعة متنوعة من المؤسسات بما في ذلك جامعة نورث وسترن وجامعة تكساس ومعهد كاليفورنيا للتقنية وجامعة تورنتو وهارفارد.
واستخدموا بالفعل STARFORGE لاكتشاف أن التيارات النفاثة الأولية، تدفقات الغاز عالية السرعة، والتي تلعب دورا حيويا في تحديد كتلة النجم.
ومن خلال حساب الكتلة الدقيقة للنجم، يمكن للباحثين بعد ذلك تحديد سطوعها وآلياتها الداخلية بالإضافة إلى عمل تنبؤات أفضل حول موت النجم.
وقال مايكل غروديتش من جامعة نورث وسترن: "كان العلماء يحاكون تشكل النجوم منذ عقدين من الزمن، لكن STARFORGE تمثل قفزة نوعية في التكنولوجيا".
وكانت النماذج الأخرى قادرة فقط على محاكاة رقعة صغيرة من السحابة حيث تتشكل النجوم، وليس السحابة بأكملها بدقة عالية. ومن دون رؤية الصورة الكبيرة، نفقد الكثير من العوامل التي قد تؤثر على نتيجة النجم.
وقال كلود أندريه فوشر غيغوير، أحد كبار المؤلفين في الدراسة، إن الطريقة التي تتشكل بها النجوم هي مسألة مركزية في مجال الفيزياء الفلكية.
وأضاف: "من البداية إلى النهاية، يستغرق تكوين النجوم عشرات الملايين من السنين، ما يعني أنه عندما يرى علماء الفلك حدوث ذلك في سماء الليل، فإنهم يشاهدون لقطة في الوقت المناسب فقط".
وأشار غروديتش: "تتشكل النجوم أيضا في سحب من الغبار، لذا فهي مخفية في الغالب".
ولكي يتمكن علماء الفيزياء الفلكية من مشاهدة العملية الديناميكية الكاملة لتشكيل النجوم، يجب أن يعتمدوا على المحاكاة، وتعطي STARFORGE واحدة من أكثر العروض تفصيلا التي تم إنشاؤها على الإطلاق.
ولتطوير STARFORGE، قام الفريق بدمج كود حسابي لظواهر متعددة في الفيزياء، بما في ذلك ديناميات الغاز والمجالات المغناطيسية والجاذبية والتدفئة والتبريد وعمليات التغذية المرتدة النجمية.
ويستغرق هذا النموذج أحيانا ثلاثة أشهر كاملة لتشغيل محاكاة واحدة، ويتطلب أحد أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم، وهي منشأة تدعمها مؤسسة العلوم الوطنية ويديرها مركز تكساس للحوسبة المتقدمة.
وتظهر المحاكاة الناتجة كتلة غاز تطفو في المجرة، تساوي عشرات إلى ملايين المرات كتلة الشمس.
وعندما تتطور سحابة الغاز، فإنها تشكل هياكل تنهار وتنقسم إلى قطع، والتي تشكل في النهاية نجوما فردية.
وبمجرد تشكل النجوم، تطلق التيارات النفاثة من الغاز إلى الخارج من كلا القطبين، تخترق السحابة المحيطة، وهي عملية تنتهي عندما لا يتبقى غاز.
وبعد انتهاء تشغيل أول محاكاة مطولة، ساعدت STARFORGE الفريق في اكتشاف نظرة ثاقبة جديدة ومهمة حول طريقة تشكل النجوم.
وعندما أجرى الباحثون المحاكاة دون احتساب النفاثات، انتهى الأمر بنجوم كبيرة جدا، 10 أضعاف كتلة الشمس.
وبعد إضافة هذه التيارات النفاثة إلى المحاكاة، أصبحت كتل النجوم أكثر واقعية، أقل من نصف كتلة الشمس.
وقال غروديتش: "التيارات النفاثة تعطل تدفق الغاز نحو النجم"، مضيفا أنها "تفجر بشكل أساسي الغاز الذي كان سينتهي به الأمر في النجم ويزيد من كتلته".
وتابع: "اشتبه العلماء في أن هذا قد يحدث، ولكن من خلال محاكاة النظام بأكمله، لدينا فهم قوي لكيفية عمله."
ويشرح غروديتش: "إذا تمكنا من فهم تكوين النجوم، يمكننا فهم تكوين المجرات. ومن خلال فهم تكوين المجرات، يمكننا فهم المزيد عما يتكون الكون. إن فهم من أين أتينا وكيف نقع في الكون يتوقف في النهاية على فهم أصول النجوم".
المصدر: ديلي ميل