星形成シミュレータ「STARFORGE」で計算された「星の誕生」が美しい

史上最もリアルかつ高性能の星形成シミュレータ「STARFORGE（Star Formation in Gaseous Environments）」が誕生しました。

米・ノースウェスタン大学が、NSF（アメリカ国立科学財団）とNASA（アメリカ航空宇宙局）の支援のもと開発した「STARFORGE」は、ガス雲から星が誕生する様子を、これまでにない情報量と精密さ、解像度で3Dシミュレーションする最新型モデル。

従来は別個にされていたガスジェットや放射線などの条件を統合し、r星の形成・発達・運動の同時シミュレーションに初成功しています。

STARFORGEを使ったシミュレーションでは早速、星形成に関する新事実が明らかになったようです。

研究は、5月17日付けで『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』に掲載されています。

1回のシミュレーションに3ヶ月かかる⁈
STARFORGEが早速、実力を発揮！

1回のシミュレーションに3ヶ月かかる⁈

星の形成には、始まりから終わりまでに数千万年単位の時間がかかります。

そのため、私たちが夜空を見上げて星の形成を見ようとしても、それはほんの一瞬のスナップショットにすぎません。

また、星はガスやチリの雲の中で作られるので、ほとんどが隠れています。

そこで、星形成のプロセス全体を理解するには、シミュレーションに頼らざるを得ません。

しかし、これまでのシミュレータでは、星形成の正確な動きを追うことは不可能でした。

研究主任のマイケル・グルディッチ氏は「他のモデルでは、星を作るガス雲のごく一部しかシミュレーションできず、雲全体を高解像度で見ることはできません。

全体像を把握しなければ、星の形成にかかわる多くの要因を見逃してしまうでしょう」と話します。

(画像=星形成を理解するには、あらゆる条件を同時にシミュレーションしなければならない / Credit: jp.depositphotos、『ナゾロジー』より引用)

研究チームは、STARFORGEの開発にあたり、rガス雲のジェット、放射線、磁場、重力、加熱・冷却など、既知のあらゆる現象を計算コードに組み込むことに成功しました。

完成したSTARFORGEは、テキサス先端計算センターが運営する世界最大級のスーパーコンピュータを用い、1回のシミュレーションに3ヶ月を要することがあります。

それでもSTARFORGEを使うことで、「なぜ星の形成には時間がかかるのか」「星の質量は何によって決まるのか」「星はなぜ集団で形成される傾向があるのか」といった長年の謎の解明が期待されています。

それでは、実際のシミュレーション映像を見てみましょう。

STARFORGEが早速、実力を発揮！

星形成の流れは、一般に、高密度のガス雲が重力でより集まって収縮し、球状のプラズマとなって恒星が作り出されるというもの。

STARFORGEのシミュレーションでは、最初の段階として、太陽の数千万倍の質量を持つガスの塊が銀河の中に浮かびます。

そこから、ガス雲が進化すると構造体が形成され、それが崩壊して破片となり、やがていくつもの星々が形成されました。

それらの星は両極からジェットを噴出し、周囲の雲を突き破ります。

そして、星の形成に必要なガスがなくなった時点で、このプロセスは終了しました。

新事実が発見されたのは、このジェットの部分です。

チームが、ジェットを条件から外してシミュレートしたところ、出来上がった星は太陽質量の10倍にもなってしまいました。

しかし、ジェットを条件に加えると、星の質量は太陽の半分以下となり、より現実的なサイズに収まっています。

こちらがシミュレーションの様子です。

グルディッチ氏は、これについて「ジェットは、星に向かってくるガスの流入を乱し、星の質量を増加させるはずだったガスを吹き飛ばしていたのです。

過去にもこのような現象が起きているのではないかと予想されていましたが、実際にシミュレーションで確認できたのは今回が初めて」と説明します。

STARFORGEの活躍は始まったばかりで、真の実力はまだ発揮されていません。

星の質量が計算できると、星の明るさや内部の仕組みが明らかになり、ひいては星の死を正確に予測することも可能でしょう。

同チームのクロード＝アンドレ・フォシェ＝ジグエル氏は「STARFORGEは、星の形成だけでなく、銀河や宇宙全体、さらには私たち自身についての理解を深めるのにも役立つ」と指摘。

「星の形成が理解できれば、銀河の形成を理解することができます。そして銀河の形成が分かれば、宇宙が何でできているのかを詳しく知ることができます。

私たちがどこから来て、宇宙の中でどのような位置にいるのかを理解するには、星の起源を理解することが必要なのです」と述べています。

STARFORGEがどんな宇宙の秘密を明らかにしてくれるのか、これからが楽しみです。

【編集注 2021.05.20 9:50】
記事タイトルに一部誤解を招く表現があったため、修正して再送しております。

提供元・ナゾロジー