第一个高分辨率模型可模拟恒星诞生的整个气体云 它有什么作用

　　迄今为止，包括西北大学天体物理学家在内的一个团队已经开发了最现实，最高分辨率的恒星形成3D模拟。结果是视觉上令人惊叹的数学驱动奇迹，使观看者可以在3D空间中漂浮在多彩的气体云周围，同时观看闪烁的恒星的出现。

　　这种计算框架被称为STARFORGE（气体环境中的恒星形成），是第一个模拟整个气体云的系统，该气体云的质量是以前诞生的恒星的100倍，并且充满了以前充满活力的色彩。

　　这也是第一个同时模拟恒星形成，演化和动力学，同时考虑恒星反馈（包括射流，辐射，风和附近的超新星活动）的模拟。虽然其他模拟已合并了各种类型的恒星反馈，但STARFORGE完全将它们组合在一起，以模拟这些不同过程如何相互作用以影响恒星形成。具体又有什作用呢？

　　利用这个美丽的虚拟实验室，研究人员旨在探索长期存在的问题，包括恒星形成为何缓慢且效率低下，决定恒星质量的原因以及恒星倾向于成簇形成的原因。

　　研究人员已经使用STARFORGE来发现原恒星喷射流（伴随恒星形成的高速气流）在确定恒星质量方面起着至关重要的作用。通过计算恒星的精确质量，研究人员可以确定恒星的亮度和内部机制，并对恒星的死亡做出更好的预测。

　　《皇家天文学会每月通知》最近接受了一份手稿的高级副本，详细说明了新模型背后的研究，于2021年5月17日在网上出现。2021年2月，一篇描述喷流如何影响恒星形成的论文发表在同一份杂志上。

　　“人们已经模拟了几十年的恒星形成过程，但是STARFORGE是技术上的一次飞跃，”西北航空的迈克尔·格鲁迪奇（Michael Grudic）表示，他是这项工作的共同负责人。“其他模型只能模拟形成恒星的微小云层，而不能模拟高分辨率的整个云层。在没有看到大局的情况下，我们错过了许多可能影响恒星结果的因素。”

　　这项研究的资深作者西北航空的克劳德·安德烈·福彻·吉格（Claude-AndréFaucher-Giguère）说：“恒星如何形成是天体物理学中的一个核心问题。“由于涉及物理过程的范围，这是一个非常具有挑战性的探索问题。这种新的模拟将帮助我们直接解决以前无法明确回答的基本问题。”

　　Grudic是西北天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的博士后。Faucher-Giguère是西北大学温伯格文理学院的物理学和天文学副教授，也是CIERA的成员。Grudic与德克萨斯大学奥斯汀分校的博士后DávidGuszejnov共同领导了这项工作。

　　从开始到结束，恒星形成需要数千万年的时间。因此，即使天文学家观察夜空以瞥见这一过程，他们也只能查看一个简短的快照。

　　“当我们观察到任何给定区域的恒星形成时，我们所看到的都是及时冻结的恒星形成地点，”格鲁迪奇说。“星星也形成在尘埃云中，因此它们大部分都被隐藏了。”

　　为了使天体物理学家能够查看恒星形成的完整动态过程，他们必须依靠模拟。为了开发STARFORGE，该团队结合了物理中多种现象的计算代码，包括气体动力学，磁场，重力，加热和冷却以及恒星反馈过程。该模型有时需要花费整整三个月的时间来运行一次仿真，但它需要世界上最大的超级计算机之一，该计算机由美国国家科学基金会（National Science Foundation）支持并由德克萨斯高级计算中心（Texas Advanced Computing Center）运营。

　　产生的模拟结果表明，漂浮在银河系中的气体质量为太阳质量的数十倍至数百万倍。随着气体云的演化，它形成的结构会崩溃并破碎成碎片，最终形成单个恒星。一旦恒星形成，它们就会从两极向外发射气体，穿过周围的云层。当没有气体形成更多恒星时，该过程结束。

　　STARFORGE已经帮助团队发现了关于恒星形成的至关重要的新见解。当研究人员在不考虑射流的情况下进行模拟时，恒星最终变得太大了-是太阳质量的10倍。将射流添加到模拟中之后，恒星的质量变得更加真实-不到太阳质量的一半。

　　格鲁迪奇说：“喷气机扰乱了气体向恒星的流入。” “他们本质上吹走了可能会进入恒星并增加其质量的气体。人们怀疑这可能正在发生，但是通过模拟整个系统，我们对它的工作原理有了深刻的了解。”

　　Grudic和Faucher-Giguère除了了解更多有关恒星的知识外，还相信STARFORGE可以帮助我们了解有关宇宙乃至我们自己的更多信息。

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