Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Simulasi Menakjubkan Bintang Lahir Paling Realistis

Model resolusi tinggi pertama yang mensimulasikan seluruh awan gas tempat bintang-bintang lahir.

Sebuah tim termasuk astrofisikawan Universitas Northwestern telah mengembangkan simulasi 3D paling realistis dengan resolusi tertinggi dari pembentukan bintang hingga saat ini. Hasilnya adalah keajaiban visual yang didorong oleh matematis yang memungkinkan pemirsa melayang di sekitar awan gas berwarna-warni di ruang 3D sambil menonton bintang berkelap-kelip muncul.

IMAGES
Gambar: esahubble.org

Disebut STARFORGE (Star Formation in Gaseous Environments), kerangka kerja komputasi ini adalah yang pertama untuk mensimulasikan seluruh awan gas — 100 kali lebih masif dari sebelumnya dan penuh warna-warna cerah — tempat bintang-bintang lahir.

Ini juga merupakan simulasi pertama yang secara bersamaan memodelkan pembentukan, evolusi, dan dinamika bintang sambil memperhitungkan umpan balik bintang, termasuk jet, radiasi, angin, dan aktivitas supernova terdekat. Sementara simulasi lain telah memasukkan jenis umpan balik bintang individu, STARFORGE menempatkan mereka bersama-sama untuk mensimulasikan bagaimana berbagai proses ini berinteraksi untuk mempengaruhi pembentukan bintang.

Menggunakan laboratorium virtual yang indah ini, para peneliti bertujuan untuk mengeksplorasi pertanyaan lama, termasuk mengapa pembentukan bintang lambat dan tidak efisien, apa yang menentukan massa bintang dan mengapa bintang cenderung terbentuk dalam kelompok.

Para peneliti telah menggunakan STARFORGE untuk menemukan bahwa jet protostellar - aliran gas berkecepatan tinggi yang menyertai pembentukan bintang - memainkan peran penting dalam menentukan massa bintang. Dengan menghitung massa tepat sebuah bintang, para peneliti kemudian dapat menentukan kecerahan dan mekanisme internalnya serta membuat prediksi yang lebih baik tentang kematiannya.

Baru diterima oleh Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society, salinan lanjutan dari manuskrip, yang merinci penelitian di balik model baru, muncul online pada 17 Mei 2021. Makalah yang menyertainya , menjelaskan bagaimana jet memengaruhi pembentukan bintang, diterbitkan di jurnal jurnal yang sama pada Februari 2021.

“Orang-orang telah mensimulasikan pembentukan bintang selama beberapa dekade sekarang, tetapi STARFORGE adalah lompatan kuantum dalam teknologi,” kata Michael Grudic dari Northwestern, yang ikut memimpin penelitian tersebut. “Model lain hanya mampu mensimulasikan sepetak kecil awan tempat bintang-bintang terbentuk — bukan seluruh awan dalam resolusi tinggi. Tanpa melihat gambaran besarnya, kita kehilangan banyak faktor yang mungkin mempengaruhi hasil sang bintang.”

“Bagaimana bintang terbentuk merupakan pertanyaan sentral dalam astrofisika,” kata Claude-André Faucher-Giguère dari Northwestern, penulis senior studi tersebut. “Ini adalah pertanyaan yang sangat menantang untuk dijelajahi karena berbagai proses fisik yang terlibat. Simulasi baru ini akan membantu kami secara langsung menjawab pertanyaan mendasar yang sebelumnya tidak dapat kami jawab secara pasti.”

Grudic adalah rekan postdoctoral di Pusat Eksplorasi dan Penelitian Interdisipliner Northwestern di Astrofisika (CIERA). Faucher-Giguère adalah profesor fisika dan astronomi di Kolese Seni dan Sains Weinberg Northwestern dan anggota CIERA. Grudic ikut memimpin pekerjaan dengan Dávid Guszejnov, seorang rekan postdoctoral di University of Texas di Austin.

Dari awal hingga akhir, pembentukan bintang membutuhkan waktu puluhan juta tahun. Jadi, meskipun para astronom mengamati langit malam untuk melihat sekilas prosesnya, mereka hanya dapat melihat cuplikan singkat.

“Ketika kami mengamati pembentukan bintang di wilayah tertentu, yang kami lihat hanyalah situs pembentukan bintang yang membeku dalam waktu,” kata Grudic. "Bintang juga terbentuk di awan debu, jadi sebagian besar tersembunyi."

Agar astrofisikawan dapat melihat proses pembentukan bintang yang dinamis dan penuh, mereka harus mengandalkan simulasi. Untuk mengembangkan STARFORGE, tim memasukkan kode komputasi untuk berbagai fenomena dalam fisika, termasuk dinamika gas, medan magnet, gravitasi, pemanasan dan pendinginan, serta proses umpan balik bintang. Terkadang membutuhkan waktu tiga bulan penuh untuk menjalankan satu simulasi, model ini membutuhkan salah satu superkomputer terbesar di dunia, fasilitas yang didukung oleh National Science Foundation dan dioperasikan oleh Texas Advanced Computing Center.

Simulasi yang dihasilkan menunjukkan massa gas - puluhan hingga jutaan kali massa matahari - mengambang di galaksi. Saat awan gas berevolusi, ia membentuk struktur yang runtuh dan pecah berkeping-keping, yang akhirnya membentuk bintang individu. Begitu bintang-bintang terbentuk, mereka meluncurkan semburan gas keluar dari kedua kutub, menembus awan di sekitarnya. Proses berakhir ketika tidak ada gas yang tersisa untuk membentuk bintang lagi.

Menuangkan bahan bakar jet ke pemodelan

STARFORGE telah membantu tim menemukan wawasan baru yang penting tentang pembentukan bintang. Ketika para peneliti menjalankan simulasi tanpa memperhitungkan jet, bintang-bintang menjadi terlalu besar - 10 kali massa matahari. Setelah menambahkan jet ke simulasi, massa bintang menjadi jauh lebih realistis — kurang dari setengah massa matahari.

“Jet mengganggu aliran gas menuju bintang,” kata Grudic. “Mereka pada dasarnya menerbangkan gas yang akan berakhir di bintang dan meningkatkan massanya. Orang-orang menduga ini mungkin terjadi, tetapi, dengan mensimulasikan seluruh sistem, kami memiliki pemahaman yang kuat tentang cara kerjanya.”

Selain memahami lebih banyak tentang bintang, Grudic dan Faucher-Giguère percaya STARFORGE dapat membantu kita mempelajari lebih banyak tentang alam semesta dan bahkan diri kita sendiri.

“Memahami pembentukan galaksi bergantung pada asumsi tentang pembentukan bintang,” kata Grudic. “Jika kita dapat memahami pembentukan bintang, maka kita dapat memahami pembentukan galaksi. Dan dengan memahami pembentukan galaksi, kita dapat lebih memahami tentang apa yang terbuat dari alam semesta. Memahami dari mana kita berasal dan bagaimana kita berada di alam semesta pada akhirnya bergantung pada pemahaman asal usul bintang.”

“Mengetahui massa bintang memberi tahu kita kecerahannya serta jenis reaksi nuklir apa yang terjadi di dalamnya,” kata Faucher-Giguère. “Dengan itu, kita bisa belajar lebih banyak tentang unsur-unsur yang disintesis di bintang-bintang, seperti karbon dan oksigen — unsur-unsur yang juga membentuk kita.”

 

 

Powered By NagaNews.Net