Kolmapäev, 19. mai 2021

Miljonid aastad ühes minutis

Aeg vaadata taaskord üht veidralt lummavat simulatsiooni. Seekord hiiglasliku gaasipilve (udukogu) arengut tähtedeks.

Kuna viimasel ajal oleme siia lehele postitanud päris mitu simulatsioonivideot, võib osadel tekkida küsimus, et miks neid üldse vaja on. Miks vaadata arvutitega tehtud simulatsioone, kui meid ümbritsev on täis imekauneid udukogusid, tähti ja galaktikaid? Asi selles, et kuigi meie teleskoopide võimekus on tänapäevaks saavutanud taseme, millest alles mõnikümmend aastat tagasi undki näha ei osatud, oleme me oma lühiealisuse möödapääsmatud ohvrid. Kosmiline evolutsioon on otsekui film, millest meie näeme vaid üht liikumatut kaadrit. Astronoom võib sünnist surmani jõllitada üht udukogu või galaktikat, nägemata seal midagi liikumas, muutumas või tekkimas*. Isegi terve meie kirjapandud ajalugu on tähe miljoneid aastaid kestva tekkimise kõrval vaid üks sääse tiivalöök sajandi pikkuses lennus. Kosmilised kiirused on suured, kuid vahemaad on veel suuremad.
Kuigi me oleme sunnitud vaatama vaid üht kaadrit, võime me neid kaadreid leida kõikjalt meie ümbert. Kõikvõimalikest erinevates arenguetappides udukogudest ja tähtedest meie Linnutees ja teistes lähemates galaktikates puudust ei tule. Neid uurides, võrreldes ja loogilisse järjekorda seades võime neist kokku panna klippe ja isegi terveid filme, millel on algus, keskpaik ja lõpp. Nii saame endilt kasvõi korraks heita aja ahelad ning vaadata protsesse, mille kestvuse hoomamiseks ei ole looduslik valik meie aju kujundanud.
Taolistel simulatsioonidel ja mudelitel on veel üks ja isegi tähtsam eesmärk. Nimelt saame me neid kasutada oma teadmiste objektiivseks hindamiseks. Kui me sisestame mudeli algandmetesse kõik mida me teame aine olemusest ja seda mõjutavatest jõududest ning seda virtuaalselt jooksutades klapib tulemus praktiliselt üks ühele vaadeldavaga, siis võime küllaltki enesekindlat (isegi teatava uhkusega) väita, et midagi me ikka teame küll. Oleks ju väga ebatõenäoline, kui me lihtsalt huupi pakkudes suudame arvutiekraanil luua vaadeldavast universumist eristamatu pildi. Ja kui midagi ei klapi? Siis avaneb meil väärtuslik võimalus esitada küsimusi, mõelda välja alternatiivseid hüpoteese ning neid läbi üha uute ja uute mudelite jooksutamise proovile panna. Oletused ehk hüpoteesid võivad kanda teooria ehk seletuse nime vaid juhul, kui need on leidnud eksperimentaalset tõestust ehk kui tulemus klapib vaatlustega.
Allolev videoklipp, mis on vaid 2D jäädvustus 3D mudelist, on loodud Northwesterni Ülikooli astrofüüsikute poolt kasutades üht maailma võimsamat superarvutit. Selles on kujutatud Päikesest miljoneid kordi massiivsema molekulaarpilve (10pc=32,6valgusaastat) mitmeid miljoneid aastaid kestvat arengut hõredast gaasist ja tolmust sadadeks vastsüttinud tähtedeks. Selles on lisaks gaasipilve enda dünaamikale arvesse võetud tähtede tekkest, nende kiirgusest, tähetuulest, evolutsioonist ja surmast tingitud vastastikmõjusid. Muuhulgas on simulatsiooni sisse arvestatud äsjasüttinud tähtede puhul tekkivaid niinimetatud bipolaarseid väljavoolusid (prototähe poolustelt kahte suunda lennutatud gaasijoad), mis piiravad mingist hetkest ainehulka, mida veel moodustuv täht suudab endasse koguda. Nende kõigi mõjude samaaegne modelleerimine annab füüsikutele võimaluse uurida ja vastata küsimustele, et näiteks miks on tähtede moodustumine nii aeglane ja ebaeffektiivne, miks suuri tähti sünnib väga harva ning miks tähed tekivad parvedes. Nagu seletas selle üks autoreid Michael Grudić: "Galaktikate tekke mõistmine sõltub tähetekke eeldustest. Kui me saame aru tähtede tekkimisest, siis me saame aru galaktikate tekkest. Saades aru galaktikate tekkest, mõistame me paremini, et millest on tehtud universum. Seega tähtede sündimise mõistmine annab meile aimu, et kust me tuleme ja kus täpsemalt me universumis asume."


Kuigi sarnaseid mudeleid on ehitatud nüüdseks juba aastakümneid, on antud simulatsiooniprogramm, mis kannab nime STARFORGE, eelnevatest mitu sammu eespool ning juba on selle põhjal tehtud mitu tähtsat avastust. Näiteks, kui simulatsioone jooksutati ilma bipolaarseid väljavoole kaasamata, olid nendes moodustuvad tähed liiga suured ehk tulemus ei klappinud vaatlustega. Neid kaasates joonistus nendest välja palju reaalsem pilt ning suuresti tänu nendele leidudele on simulatsioonide autorite poolt samaaegselt ilmunud teadustöö, mis seletab varasemast paremini bipolaarsete väljavoolude rolli ja tekkemehhanisme tähtede lõppmassi määramisel.
Erinevaid STARFORGE simulatsioone saab näha (soovitame neid mitu korda vaadata) siin: http://starforge.space/movies.html
All mõned reaalsed fotod ehk ajas külmutatud kaadrid udukogudest ja neis asuvatest bipolaarsetest väljavooludest, mida seostatakse kohe-kohe tekkivate või äsja tekkinud tähtedega. Taoliste näidetega on universum täidetud nii kaugele, kui näha suudame.







*leidub teatud udusid nagu planetaarudud ja supernoovajäänukid, mille paisumist ruumis on aastakümneid tehtud fotosid vaadates võimalik isegi silmaga näha (näiteks Krabi udu või Loori udu). Lisaks on aeg-ajalt võimalik näha selliseid sündmusi, nagu supernoovad ja noovad, mis tähistavad tähtede kiiret surma või kataklüsmilisi protsesse, mis on võrreldes nende elueaga vaid hetked. Planetaarududest palju-palju suuremate udukogude evolutsioon jääb meile aga isegi sadade põlvkondade jooksul visuaalselt tajumatuks.

Kommentaare ei ole:

Postita kommentaar