Matten är enkel: Stjärna + Annan stjärna = Större stjärna.
Även om detta konceptuellt fungerar bra, tar det inte hänsyn till de extremt stora avstånden mellan stjärnor. Även i kluster, där stjärnorna är betydligt högre än på huvudskivan, är antalet stjärnor per volymenhet så lågt att kollisioner knappast beaktas av astronomer. Naturligtvis måste den stellära densiteten vid någon tidpunkt nå en punkt där chansen för en kollision blir statistiskt signifikant. Var är den tipppunkten och finns det några platser som faktiskt kan göra snittet?
Tidigt i utvecklingen av stjärnbildningsmodeller begränsades inte nödvändigheten av stjärnkollisioner för att producera massiva stjärnor. Tidigare modeller av bildning via ackretion antydde att ackretion kan vara otillräcklig, men eftersom modeller blev mer komplexa och flyttade in i tredimensionell simulering visade det sig att kollisioner helt enkelt inte behövde för att fylla den övre massregimen. Uppfattningen föll i fördel.
Det har emellertid funnits två nyligen publicerade artiklar som har undersökt möjligheten att även om det fortfarande är sällsynt kan det finnas vissa miljöer där kollisioner sannolikt kommer att inträffa. Den primära mekanismen som hjälper till med detta är uppfattningen att när kluster sveper genom det interstellära mediet kommer de oundvikligen att ta upp gas och damm och långsamt öka i massan. Denna ökande massa kommer att leda till att klustret krymper, vilket ökar stjärn densiteten. Studierna tyder på att för att sannolikheten för kollision ska vara statistiskt signifikant krävs ett kluster för att uppnå en densitet på ungefär 100 miljoner stjärnor per kubik parsec. (Tänk på att en parsec är 3,26 ljusår och är ungefär avståndet mellan solen och vår närmaste angränsande stjärna.)
För närvarande har en sådan hög koncentration aldrig observerats. Även om en del av detta verkligen beror på sällsyntheten i sådana tätheter, observerar restriktioner sannolikt en avgörande roll för att göra sådana system svåra att upptäcka. Om sådana höga tätheter skulle uppnås skulle det krävas extra hög rumslig upplösning för att skilja sådana system. Som sådan kommer numeriska simuleringar av extremt täta system att behöva ersätta direkta observationer.
Medan den nödvändiga tätheten är enkel är det svårare ämnet vilka slags kluster som kan uppfylla sådana kriterier. För att undersöka detta genomförde lagen som skrev de senaste tidningarna Monte Carlo-simuleringar där de kunde variera antalet stjärnor. Denna typ av simulering är i huvudsak en modell av ett system som tillåts spela framåt upprepade gånger med något olika startkonfigurationer (till exempel starternas ursprungspositioner) och genom medelvärden av resultaten från många simuleringar, en ungefärlig förståelse av beteendet hos systemet nås. En första undersökning antydde att sådana tätheter kunde uppnås i kluster med så lite som några tusen stjärnor förutsatt att gasansamlingen var tillräckligt snabb (kluster tenderar att sprida sig långsamt under tidvattens strippning som kan motverka denna effekt på längre tidsskalor). Modellen de använde innehöll emellertid många förenklingar eftersom utredningen av genomförbarheten av sådana interaktioner bara var preliminär.
Den nyare studien, laddad till arXiv igår, innehåller mer realistiska parametrar och finner att det totala antalet stjärnor i klustren skulle behöva vara närmare 30 000 innan kollisioner blev troliga. Detta team föreslog också att det fanns fler villkor som skulle behöva vara uppfyllda inklusive hastigheter på gasutdrivning (eftersom inte all gas skulle förbli i klustret som det första laget hade antagit för enkelhet) och graden av masssegregering (tyngre stjärnor sjunker till de centrala och lättare flyter till utsidan och eftersom tyngre är större, minskar det faktiskt antalet täthet samtidigt som du ökar massatätheten). Medan många kulakluster enkelt kan uppfylla kraven på siffra av stjärnor, skulle dessa andra villkor sannolikt inte vara uppfyllda. Vidare tillbringar kulakluster lite tid i regioner i galaxen där de troligen kommer att möta tillräckligt hög gasdensitet för att möjliggöra ansamling av tillräcklig massa på de nödvändiga tidsskalorna.
Men finns det några kluster som kan uppnå tillräcklig densitet? Det mest täta galaktiska klustret som är känt är Arches-klustret. Tyvärr når detta kluster bara en blygsam ~ 535 stjärnor per kubik parsec, fortfarande alldeles för lågt för att ett stort antal kollisioner är troliga. En körning av simuleringskoden med förhållanden som liknar dem i Arches-klustret förutsåg dock en kollision på ~ 2 miljoner år.
Sammantaget tycks dessa studier bekräfta att rollen för kollisioner i att bilda massiva stjärnor är liten. Som påpekats tidigare verkar ackretionsmetoder stå för det stora utbudet av stjärnmassor. Ändå i många unga kluster, som fortfarande bildar stjärnor, hittar sällan astronomer stjärnor mycket över ~ 50 solmassor. Den andra studien i år antyder att denna observation ännu kan ge utrymme för kollisioner att spela någon oväntad roll.
(OBS! Även om det kan föreslås att kollisioner också kan anses äga rum när bana stjärnornas bana sönderfaller på grund av tidvatteninteraktioner, kallas sådana processer i allmänhet som "sammanslagningar". Begreppet "kollision" som används i källan material och den här artikeln används för att beteckna sammanslagningen av två stjärnor som inte är bundna till gravitationen.)
källor:
