La nascita di una stella è uno spettacolo magnifico.
È anche epocale, perché si svolge nel corso di milioni di anni, in dense e fredde nuvole di gas molecolari e polvere, dove si formano insieme ammassi di stelle. Probabilmente è un processo che non saremo mai in grado di osservare dall’inizio alla fine, ma una simulazione assolutamente spettacolare ci avvicina a questo più di quanto non faremo mai.
Si chiama STARFORGE (Star Formation in Gaseous Environments) e, utilizzandolo, gli astronomi sono stati in grado di simulare per la prima volta un’intera nuvola molecolare di stelle in formazione, una regione nota come vivaio stellare, il tutto in una alta risoluzione tridimensionale.
Questa simulazione sarà in grado di aiutare gli astronomi a studiare la formazione stellare in modo più dettagliato, confrontandola con le protostelle reali (stelle che non sono ancora completamente formate) in diversi stadi di formazione, per aiutarci a capire i processi in gioco.
“Come si formano le stelle è una questione centrale in astrofisica”, ha detto l’astrofisico Claude-André Faucher-Giguère della Northwestern University.
“È stata una domanda molto impegnativa da esplorare a causa della gamma di processi fisici coinvolti. Questa nuova simulazione ci aiuterà ad affrontare direttamente le domande fondamentali a cui prima non potevamo rispondere definitivamente“.
Pensiamo di aver compreso grandi tratti della formazione stellare. Per prima cosa, inizia con un ammasso di gas molecolare, che di solito si trova in una nuvola di materiale. Con una densità sufficiente, il gruppo collassa sotto la propria gravità per formare una protostella, che inizia a ruotare.
Questa rotazione fa sì che il materiale nella nuvola attorno ad esso formi un disco, che si avvolge nella stella in crescita come l’acqua in uno scarico, attirato inesorabilmente dalla sua forza gravitazionale.
Quando la stella guadagna massa sufficiente, ci saranno abbastanza calore e pressione nel nucleo per innescare la fusione nucleare, in cui gli atomi di idrogeno si fondono per formare l’elio. Il materiale rimanente nel disco andrà a formare pianeti e asteroidi e tutto il resto.
Poiché si svolge nell’arco di milioni di anni, ogni singola protostella che osserviamo è solo una singola istantanea di un evento molto più lungo, più grande e molto complicato.
Per costruire STARFORGE, un team di astronomi guidato da Michael Grudić, della Northwestern University, ha dovuto prendere in considerazione molteplici fenomeni fisici, tra cui temperature, gravità, campi magnetici, dinamiche dei gas e potenti venti stellari e i getti di plasma emessi dalle baby stelle, noto come feedback stellare.
Hanno eseguito le loro simulazioni su uno dei supercomputer più potenti del mondo, il Frontera dell’Università del Texas, per quasi 100 giorni. Il risultato visto in un video è una cosa di bellezza: un intero vivaio stellare e la formazione delle stelle all’interno dall’inizio alla fine.
“Simuliamo la formazione stellare da un paio di decenni ormai, ma STARFORGE è un salto di qualità nella tecnologia“, ha detto Grudić .
“Altri modelli sono stati in grado di simulare solo una piccola porzione della nuvola in cui si formano le stelle, non l’intera nuvola ad alta risoluzione. Senza vedere il quadro generale, ci sfuggono molti fattori che potrebbero influenzare il risultato della stella“.
La nuvola simulata nel video, un enorme oggetto 20.000 volte più massiccio del Sole, inizia proprio nello spazio. Nel tempo, il gas viene spinto da forze come i venti interstellari e le onde d’urto, che creano regioni di maggiore densità che possono collassare gravitazionalmente in protostelle. Un secondo video simula una nuvola di 200.000 masse solari.
Quando una stella si forma e cresce, inizia a produrre un potente vento stellare. Inoltre, il materiale che cade nella stella inizia a interagire con i campi magnetici della stella; una parte viene aspirata via, fluendo lungo le linee del campo magnetico fino ai poli, dove viene lanciata nello spazio sotto forma di potenti getti di plasma.
Entrambe queste forme di feedback respingono il gas circostante, che interrompe il flusso di materiale, impedendo alla stella di crescere ulteriormente.
Ricerche recenti, basate su dati osservativi, hanno suggerito che il feedback stellare potrebbe non svolgere un ruolo così importante come pensavamo nel determinare la massa di una stella.
Ma la ricerca del team ha mostrato il contrario. Quando hanno eseguito la simulazione senza getti, si sono ritrovati con stelle molto, molto più grandi. Con i getti inclusi, le stelle hanno finito per essere di dimensioni più normali.
“I getti interrompono l’afflusso di gas verso la stella“, ha spiegato Grudić.
“Essenzialmente spazzano via il gas che finirebbe nella stella aumentandone la massa. I ricercatori sospettavano che fosse così, ma, simulando l’intero sistema, c’è ora una solida comprensione di come funziona“.
Anche questo dimostra magnificamente il potenziale di STARFORGE. Partendo da uno scenario il più vicino possibile all’Universo reale, gli astronomi possono esplorare i molti diversi processi fisici all’opera negli asili nido stellari.
Attivare e disattivare questi processi può aiutare a determinare quali svolgono un ruolo importante e potrebbe aiutare a rispondere a domande cruciali sull’Universo.
