La matematica è semplice: stella + altra stella = stella più grande.
Mentre concettualmente funziona bene, non tiene conto delle distanze estremamente vaste tra le stelle. Anche nei cluster, dove la densità delle stelle è significativamente più elevata rispetto al disco principale, il numero di stelle per unità di volume è così basso che gli astronomi non tengono in considerazione le collisioni. Naturalmente, ad un certo punto la densità stellare deve raggiungere un punto in cui la possibilità di una collisione diventa statisticamente significativa. Dov'è quel punto di non ritorno e ci sono posizioni che potrebbero effettivamente tagliare?
All'inizio dello sviluppo di modelli di formazione stellare, la necessità di collisioni stellari per produrre stelle massicce non era ben limitata. I primi modelli di formazione tramite accrescimento lasciavano intendere che l'accrescimento potrebbe essere insufficiente, ma quando i modelli diventarono più complessi e si spostarono in simulazioni tridimensionali, divenne evidente che le collisioni non erano semplicemente necessarie per popolare il regime di massa superiore. L'idea cadde in disgrazia.
Tuttavia, ci sono stati due articoli recenti che hanno esplorato la possibilità che, sebbene sia ancora certamente raro, potrebbero esserci alcuni ambienti in cui è probabile che si verifichino collisioni. Il meccanismo principale che assiste in questo è l'idea che, man mano che i grappoli attraversano il mezzo interstellare, inevitabilmente raccoglieranno gas e polvere, aumentando lentamente di massa. Questo aumento della massa farà restringere il grappolo, aumentando la densità stellare. Gli studi suggeriscono che, affinché la probabilità di collisione sia statisticamente significativa, sarebbe necessario un cluster per raggiungere una densità di circa 100 milioni di stelle per parsec cubico. (Tieni presente che un parsec dura 3,26 anni luce ed è approssimativamente la distanza tra il sole e la nostra stella vicina più vicina.)
Attualmente, una concentrazione così elevata non è mai stata osservata. Mentre alcuni di questi sono certamente dovuti alla rarità di tali densità, i vincoli osservativi probabilmente svolgono un ruolo cruciale nel rendere tali sistemi difficili da rilevare. Se si dovessero raggiungere densità così elevate, occorrerebbe una risoluzione spaziale straordinariamente elevata per distinguere tali sistemi. Pertanto, le simulazioni numeriche di sistemi estremamente densi dovranno sostituire le osservazioni dirette.
Mentre la densità necessaria è semplice, l'argomento più difficile è quali tipi di cluster potrebbero essere in grado di soddisfare tali criteri. Per indagare su questo, i team che hanno scritto i recenti articoli hanno condotto simulazioni Monte Carlo in cui potevano variare il numero di stelle. Questo tipo di simulazione è essenzialmente un modello di un sistema a cui è consentito giocare ripetutamente con configurazioni di partenza leggermente diverse (come le posizioni iniziali delle stelle) e calcolando la media dei risultati di numerose simulazioni, una comprensione approssimativa del comportamento del sistema raggiunto. Una prima indagine ha suggerito che tali densità potevano essere raggiunte in cluster con un minimo di qualche migliaio di stelle, a condizione che l'accumulo di gas fosse sufficientemente rapido (i cluster tendono a disperdersi lentamente sotto stripping delle maree che possono contrastare questo effetto su scale temporali più lunghe). Tuttavia, il modello utilizzato conteneva numerose semplificazioni poiché l'indagine sulla fattibilità di tali interazioni era puramente preliminare.
Lo studio più recente, caricato ieri su arXiv, include parametri più realistici e rileva che il numero complessivo di stelle nei cluster dovrebbe essere più vicino a 30.000 prima che diventino probabili le collisioni. Questo team ha anche suggerito che ci sarebbero state più condizioni che avrebbero dovuto essere soddisfatte, inclusi i tassi di espulsione del gas (poiché non tutto il gas sarebbe rimasto nel cluster come il primo team aveva assunto per semplicità) e il grado di segregazione di massa (le stelle più pesanti affondano a il centro e quelli più leggeri fluttuano verso l'esterno e poiché quelli più pesanti sono più grandi, questo in realtà riduce la densità numerica aumentando la densità di massa). Mentre molti cluster globulari possono facilmente soddisfare il requisito di numero di stelle, queste altre condizioni probabilmente non sarebbero soddisfatte. Inoltre, i cluster globulari trascorrono poco tempo nelle regioni della galassia in cui è probabile che incontrino densità di gas sufficientemente elevate da consentire l'accumulo di massa sufficiente sulle scale temporali necessarie.
Ma ci sono dei cluster che potrebbero raggiungere una densità sufficiente? Il grappolo galattico più denso che si conosca è il grappolo Arches. Purtroppo, questo cluster raggiunge solo una modesta ~ 535 stelle per parsec cubico, ancora troppo basso per rendere probabile un gran numero di collisioni. Tuttavia, una serie del codice di simulazione con condizioni simili a quelle del cluster Arches ha previsto una collisione in circa 2 milioni di anni.
Complessivamente, questi studi sembrano confermare che il ruolo delle collisioni nella formazione di stelle massicce è piccolo. Come sottolineato in precedenza, i metodi di accrescimento sembrano spiegare l'ampia gamma di masse stellari. Eppure in molti giovani ammassi, che formano ancora stelle, raramente gli astronomi trovano stelle molto superiori a circa 50 masse solari. Il secondo studio di quest'anno suggerisce che questa osservazione potrebbe ancora lasciare spazio alle collisioni per svolgere un ruolo inaspettato.
(NOTA: anche se si può suggerire che le collisioni potrebbero anche essere prese in considerazione quando l'orbita delle stelle binarie decade a causa di interazioni di marea, tali processi sono generalmente indicati come "fusioni". Il termine "collisione" come usato nella fonte materiali e questo articolo viene utilizzato per indicare la fusione di due stelle che non sono legate gravitazionalmente.)
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