Mase zvijezda koje nastaju u zvjezdanim skupovima možda nisu rezultat slučajnosti, nego procesa koji se sam regulira. Novo istraživanje astrofizičara sa Sveučilišta Nanjing i Sveučilišta u Bonnu pokazuje da ukupna masa zvjezdanog skupa određuje kakve će se zvijezde u njemu oblikovati.
Zvijezde se u galaksijama uglavnom stvaraju u skupovima, unutar velikih oblaka plina. U istom se području mogu oblikovati male, hladnije i slabije zvijezde, ali i vrlo masivne zvijezde koje su mnogo sjajnije od Sunca i znatno kraće žive.
Ta razlika nije samo detalj u životu pojedine zvijezde. Ona utječe na sjaj galaksije, kemijsko obogaćivanje međuzvjezdanog prostora i način na koji se tvar vraća u okolinu nakon što masivne zvijezde završe svoj život.
Prema Pavlu Kroupi sa Sveučilišta u Bonnu, male patuljaste galaksije nemaju dovoljno ukupne mase da bi stvarale izrazito masivne zvijezde. S druge strane, velike eliptične galaksije u ranoj su povijesti svemira mogle u kratkom razdoblju stvoriti goleme zvjezdane populacije, uključujući milijune vrlo sjajnih, masivnih zvijezda.
Iza prividne slučajnosti stoji pravilo
Dugo se smatralo da je masa pojedine zvijezde u skupu stvar slučajnog ishoda. Kroupa i Carsten Weidner još su 2006. pokazali da to ne mora biti tako. Njihov je rad upućivao na vezu između ukupne mase zvjezdanog skupa i mase najmasivnije zvijezde koja se u njemu može oblikovati.
Iz tog je rezultata proizašao koncept poznat kao “optimalno uzorkovanje”. Prema toj ideji, raspodjela zvijezda u mladoj zvjezdanoj populaciji može se izračunati bez pretpostavke da se sve svodi na statističke oscilacije.
Drugim riječima, kada se iz plinskog oblaka oblikuje zvjezdani skup, mase zvijezda ne pojavljuju se kao nasumičan niz. One slijede poredak koji upućuje na vrlo snažnu samoregulaciju samog procesa stvaranja zvijezda.
Do sada je otvoreno pitanje bilo što fizički stoji iza takve samoregulacije. Eda Gjergo sa Sveučilišta Nanjing, prva autorica studije, primijenila je Shannonovu entropiju, odnosno informacijsku entropiju, kako bi opisala zašto se u zvjezdanom skupu ostvaruje baš određena raspodjela masa.
Prema tom pristupu, od svih mogućih raspodjela zvjezdanih masa ostvaruje se ona koja je na velikim razmjerima najprirodnija i najmanje ovisi o sitnim, lokalnim detaljima u plinskom oblaku.
To ne znači da se može predvidjeti svaka pojedina zvijezda kao zaseban slučaj. No ako je poznata ukupna masa zvjezdane populacije, moguće je mnogo pouzdanije procijeniti koliko će se zvijezda različitih masa oblikovati.
Posljedice za modele razvoja galaksija
Ako se novi pristup potvrdi, mogao bi promijeniti način na koji se računa razvoj galaksija. Umjesto velikog broja ponovljenih simulacija za isti scenarij, astrofizičari bi u nekim slučajevima mogli polaziti od jedne ključne veličine: ukupne mase zvjezdane populacije.
To bi ubrzalo izračune i smanjilo potrebu za dugotrajnim radom superračunala. Još važnije, moglo bi promijeniti rezultate ranijih modela, osobito za male patuljaste galaksije.
Prema Kroupi, dosadašnja teorija pretpostavljala je da i takve galaksije mogu stvarati masivne zvijezde. Novi rad upućuje na drukčiju sliku: ako je sustav premalen, najmasivnije zvijezde jednostavno se ne oblikuju.
Takav zaključak izravno utječe na razumijevanje kruženja tvari u svemiru, jer upravo masivne zvijezde snažno oblikuju okolni prostor, izbacuju teške elemente i mijenjaju kemijsku povijest galaksija. Zhiyu Zhang sa Sveučilišta Nanjing očekuje da će rezultati potaknuti nova opservacijska istraživanja nastanka zvijezda u skupovima.
