Масса новорожденной звезды оказалась не случайна и зависит от размера галактики

Группа астрофизиков из Нанкинского и Боннского университетов под руководством профессора Павла Кроупы и доктора Эды Джерго обнаружила, что масса новорожденной звезды в звездном скоплении не определяется случайностью, а подчиняется строгому процессу саморегуляции. Результаты исследования, открывающие новый подход к моделированию эволюции галактик, опубликованы в журнале Research in Astronomy and Astrophysics.

Вопрос о том, как именно формируются массы звезд в момент их рождения, долгое время оставался одним из ключевых в астрофизике. Традиционно считалось, что распределение звезд по массе внутри молодого скопления это случайный процесс, подчиняющийся статистическим законам. Однако международная группа ученых из Нанкинского университета в Китае и Боннского университета в Германии представила доказательства того, что реальный механизм звездообразования устроен намного упорядоченнее.

В основе работы лежит открытие, сделанное профессором Павлом Кроупой и его аспирантом Карстеном Вайднером еще в 2006 году: тогда они выяснили, что масса самой массивной звезды в скоплении напрямую связана с общей массой самого скопления. Однако физическая природа этой связи оставалась неясной до недавнего времени.

Новизна исследования, проведенного Эдой Джерго, заключается в применении понятия энтропии Шеннона, известной также как информационная энтропия. С помощью этого инструмента ученые показали, что звездное скопление развивается, следуя принципу максимальной естественности.

Как объясняет Джерго: «Из всех возможных сценариев распределения масс, в действительности реализуется тот, который является наиболее естественным для больших масштабов и наименее зависимым от микроскопических деталей». Иными словами, процесс звездообразования является саморегулируемым и не оставляет места для чисто случайных флуктуаций. Это позволило разработать концепцию так называемой оптимальной выборки, которая предсказывает распределение звезд в молодой популяции, исходя только из одного параметра — общей массы скопления.

Важнейшим следствием работы стало понимание того, как размер и тип галактики влияют на рождающиеся в ней звезды. Профессор Павел Кроупа поясняет: «Общая масса карликовой галактики относительно невелика, поэтому в ней не образуются чрезвычайно массивные звезды, которые были бы ярче нашего Солнца. Напротив, очень массивные эллиптические галактики, в которых на ранней стадии развития Вселенной образовалось почти 10 миллиардов звезд, порождают миллионы таких сверхъярких звезд». Таким образом, в малых галактиках полностью отсутствуют самые тяжелые и яркие звезды, что напрямую влияет на их наблюдаемую светимость и химическую эволюцию.

Практическая ценность открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Раньше для моделирования эволюции галактики астрофизикам приходилось выполнять тысячи симуляций в расчете на одно скопление, что требовало огромного времени суперкомпьютеров и затрат энергии. Теперь же, зная лишь общую массу газового облака, можно точно предсказать, сколько и каких звезд из него сформируется.

Как с энтузиазмом отмечает Кроупа, «эта работа открывает новый способ формулирования теорий о звездных популяциях. Теперь нам достаточно знать лишь число, а именно массу звездной популяции, чтобы понимать, какие типы звезд и сколько их образуется из газового облака. Это позволяет нам проводить высокоэффективные расчеты эволюции галактик, поскольку нам больше не нужно выполнять тысячи вычислений для одной-единственной, что значительно экономит время суперкомпьютеров и, следовательно, энергию».

В результате исследователи призывают пересмотреть целый ряд устоявшихся моделей эволюции галактик. Предыдущие теории, допускавшие случайное распределение масс, ошибочно предсказывали возможность образования очень массивных звезд даже в карликовых галактиках. Исправление этой ошибки имеет фундаментальное значение для понимания круговорота материи во Вселенной. Соавтор работы, профессор Чжию Чжан из Нанкинского университета, добавляет, что «эти результаты приведут к проектам наблюдений для более детального изучения неслучайного образования звезд».

В итоге открытие астрофизиков доказывает, что звезды рождаются не случайно, а по строго упорядоченному принципу, зависящему только от общей массы звездного скопления. Это позволяет на порядок упростить и ускорить компьютерное моделирование эволюции галактик, а также вносит фундаментальные коррективы в теорию круговорота вещества во Вселенной, особенно для карликовых и массивных эллиптических галактик.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях