Trodimenzionalni model Orionove prečke mijenja razumijevanje kemije zvjezdanih jaslica

Simulacija koja je do sada stajala na jednoj dimenziji sada je dobila treću, a s njom i sjene koje mijenjaju sve što znamo o kemiji zvjezdanih jaslica.

Međunarodni tim predvođen Brandtom Gachesom sa Sveučilišta Duisburg-Essen objavio je u časopisu Astronomy & Astrophysics model visoke razlučivosti koji po prvi put trodimenzionalno opisuje Orionovu prečku, područje udaljeno oko 1.350 svjetlosnih godina od Zemlje. Dosadašnji modeli tih takozvanih fotodisocijacijskih regija — prijelaznih zona u kojima ultraljubičasto svjetlo mladih masivnih zvijezda razgrađuje molekule i pokreće lance kemijskih reakcija — tretirali su oblak kao niz ravnih, naslaganih slojeva. Stvarnost je drugačija: međuzvjezdani oblaci su grudasti, neujednačeni i puni praznina.

Sjena kao kemijski reaktor

Upravo ta neujednačenost mijenja ishod. Gušća područja blokiraju dio zračenja i stvaraju sjene te zaštićene džepove u kojima se kemija odvija drugačije nego na izloženim rubovima. Model pokazuje gdje dolazi do prijelaza iz atomskog u molekularni vodik — najzastupljeniju molekulu u svemiru — i gdje se ionizirani ugljik rekombinira u neutralni.

Proračun je računalno zahtjevan, pa je tim razvio novi algoritam praćenja zraka. „Razvili smo novi, vrlo učinkovit algoritam kojim smo premostili računalno usko grlo”, rekao je Zhengping Zhu iz laboratorija Zhejiang Lab u Kini. To je omogućilo modeliranje Orionove prečke u tri dimenzije i dosad neviđenoj prostornoj razlučivosti.

Što kaže teleskop, a što model

Rezultat nije samo ljepši prikaz. Simulacija reproducira lukove i filamente koje bilježi James Webb svemirski teleskop, a istovremeno omogućuje istraživačima da generiraju umjetne snimke i usporede ih s onim što teleskop stvarno vidi. „Trodimenzionalna struktura plina čini presudnu razliku”, kaže Gaches. „Ona stvara sjene i štiti dijelove oblaka od intenzivnog zračenja. To mijenja kemiju i ostavlja jasan potpis u infracrvenom i radijskom dijelu spektra.”

Orionova prečka pritom nije slučajan izbor. „Vidimo je gotovo bočno, pa se njezini kemijski slojevi posebno lako razlikuju. To je čini mjerilom za testiranje modela fotodisocijacijskih regija”, dodaje Gaches, koji vodi istraživačku skupinu za molekularnu astrofiziku.

Ovdje se, međutim, zaustavlja ono što model može reći. Precizniji opis kemije oblaka ne znači nužno i precizniji uvid u to kako zvijezde nastaju — model opisuje okolinu, ne sam proces. A upravo se na tom prijelazu, između lijepo modelirane sjene i stvarnog mehanizma nastanka zvijezda, krije pitanje koje istraživački tim nije postavio: koliko od onoga što vidimo kao kemijski potpis u infracrvenom spektru doista proizlazi iz trodimenzionalne strukture, a koliko iz pretpostavki ugrađenih u sam model?

Simulacije su korisne upravo zato što se mogu pogriješiti na način koji se kasnije provjeri. No svaki model fotodisocijacijske regije počiva na nizu odabira — gustoći, rasporedu zračenja, brzinama reakcija — koji se u simulaciji uzimaju kao zadani. Kad se ti parametri slože u trodimenzionalnu mrežu, dobivena slika postaje uvjerljivija, ali i teže provjerljiva. Usporedba s podacima Webba zato je nužna, ali nije dovoljna: ona potvrđuje da model može reproducirati ono što vidimo, ne i da je jedini koji to može.

Istraživanje je objavljeno u Astronomy & Astrophysics pod DOI oznakom 10.1051/0004-6361/202660769. Za astronomiju je to korak naprijed — trodimenzionalni pristup zamjenjuje pojednostavljene slojevite modele i otvara prostor za preciznije tumačenje snimki koje već imamo. No ostaje i pitanje koje se u popularnim prikazima rijetko postavlja: koliko su takve simulacije odraz svemira, a koliko odraz naših računalnih mogućnosti i pretpostavki koje u njih unosimo.