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A incrível simulação de geração de estrelas é a mais realista de todos os tempos

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Um instantâneo da primeira simulação completa do STARFORGE. É chamada de “Bigorna da Criação” e é uma nuvem molecular gigante com formação estelar singular e reações globais, incluindo jatos primários, radiação, ventos estelares e supernovas em colapso. Crédito: Northwestern University / Utah Austin

O primeiro modelo de alta resolução a simular uma nuvem de gás completa onde as estrelas nascem.

Equipe composta por Northwestern University Os astrofísicos desenvolveram a simulação 3D mais realista e de alta resolução da formação de estrelas até o momento. O resultado é uma maravilha matemática visualmente deslumbrante que permite aos espectadores flutuar em torno de uma nuvem de gás colorida em um espaço 3D enquanto observam o aparecimento de estrelas cintilantes.

Conhecida como STARFORGE (formação de estrelas em ambientes gasosos), a estrutura computacional é a primeira estrutura a simular uma nuvem de gás completa – 100 vezes maior do que anteriormente possível e cheia de cores vibrantes – na qual as estrelas nascem.

É também a primeira simulação a modelar a formação, evolução e dinâmica de estrelas simultaneamente, levando em consideração as reações estelares, incluindo jatos, radiação, ventos e atividade de supernova nas proximidades. Enquanto outras simulações envolveram tipos individuais de reações estelares, STARFORGE as junta para simular como esses diferentes processos interagem para afetar a formação de estrelas.

Usando este belo laboratório hipotético, os pesquisadores pretendem explorar questões de longo prazo, incluindo por que a formação de estrelas é lenta e ineficaz, o que determina a massa de uma estrela e por que as estrelas tendem a se formar em aglomerados.

Os pesquisadores já usaram o STARFORGE para descobrir que os jatos elementares – os fluxos de gás de alta velocidade que acompanham a formação das estrelas – desempenham um papel vital na determinação da massa de uma estrela. Ao calcular a massa exata de uma estrela, os pesquisadores podem determinar seu brilho e mecanismos internos, bem como fazer melhores previsões sobre sua morte.

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Ele foi recentemente aceito nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society, e uma versão avançada do manuscrito, detalhando a pesquisa por trás do novo modelo, apareceu online em 17 de maio de 2021. Folha de Acompanhamento, Que descreve como os jatos afetam a formação de estrelas, foi publicado no mesmo jornal em fevereiro de 2021.

“As pessoas vêm simulando a formação de estrelas há duas décadas, mas o STARFORGE representa um salto quântico em tecnologia”, disse Michael Grodek, da Northwestern University, que co-liderou o trabalho. Outros modelos só foram capazes de simular um pequeno pedaço de nuvem onde as estrelas estão se formando – não a nuvem inteira com alta precisão. Sem ver o quadro geral, perdemos muitos fatores que podem afetar o resultado da estrela. “

“Como as estrelas se formam é uma questão central na astrofísica”, disse Claude-Andre Faucher-Geiger, da Northwestern University, um dos principais autores do estudo. “Foi uma questão muito difícil de explorar devido ao conjunto de processos físicos envolvidos. Esta nova simulação nos ajudará a abordar questões fundamentais que não fomos capazes de responder de forma conclusiva antes.”

Aeronave bipolar

Captura de tela da simulação STARFORGE. Um núcleo giratório de gás entra em colapso, formando uma estrela central que libera jatos dipolares ao longo de seus pólos à medida que se alimentam do gás do disco circundante. Os jatos empurram o gás para longe do núcleo, o que limita a quantidade que a estrela pode eventualmente coletar. Crédito: Northwestern University / Utah Austin

Grudic é pós-doutorando no Centro Northwestern para Exploração e Pesquisa Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA). Faucher-Giguère é Professor Associado de Física e Astronomia na Escola de Artes e Ciências Weinberg da Northwestern University e membro do CIERA. Grudic co-liderou o trabalho com Dávid Guszejnov, um pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin.

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Do início ao fim, leva dezenas de milhões de anos para formar estrelas. Portanto, mesmo quando os astrônomos observam o céu noturno para espiar o processo, eles só podem mostrar um instantâneo rápido.

“Quando observamos a formação de estrelas em qualquer região, tudo o que vemos são locais de formação de estrelas congelados ao longo do tempo”, disse Grodek. “As estrelas também se formam em nuvens de poeira, por isso muitas vezes ficam ocultas.”

Para que os astrofísicos vejam todo o processo dinâmico da formação estelar, eles devem contar com simulações. Para desenvolver o STARFORGE, a equipe integrou código computacional para vários fenômenos da física, incluindo dinâmica de gás, campos magnéticos, gravidade, aquecimento e resfriamento e processos de feedback estelar. Este modelo às vezes leva três meses inteiros para executar uma única simulação e requer um dos maiores supercomputadores do mundo, uma instalação apoiada pela National Science Foundation e gerenciada pelo Texas Center for Advanced Computing.

As simulações resultantes mostram uma massa de gás flutuando na galáxia – dezenas a milhões de vezes a massa do sol. Conforme a nuvem de gás se desenvolve, ela forma estruturas que entram em colapso e se dividem em pedaços, que eventualmente formam estrelas individuais. Assim que as estrelas se formam, jatos de gás são liberados de ambos os pólos, penetrando na nuvem circundante. O processo termina quando não há mais gás para formar mais estrelas.

Despeje combustível de jato na modelagem

De fato, o STARFORGE ajudou a equipe a descobrir novos insights importantes sobre a formação de estrelas. Quando os pesquisadores fizeram as simulações sem contar os jatos, as estrelas acabaram sendo muito grandes – 10 vezes a massa do Sol. Depois de adicionar os jatos à simulação, as massas das estrelas tornaram-se mais realistas – menos da metade da massa do Sol.

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“Os aviões interrompem o fluxo de gás em direção à estrela”, disse Grodek. “Eles estão essencialmente vomitando gás que acabará na estrela e aumentará sua massa. As pessoas suspeitaram que isso poderia acontecer, mas ao simular todo o sistema, temos um sólido entendimento de como ele funciona.”

Simulação STARFORGE

Um instantâneo da primeira simulação completa do STARFORGE. É chamada de “Bigorna da Criação” e é uma nuvem molecular gigante com formação estelar singular e reações globais, incluindo jatos primários, radiação, ventos estelares e supernovas em colapso. Crédito: Northwestern University / Utah Austin

Além de entender mais sobre as estrelas, Grudic e Faucher-Giguère acreditam que o STARFORGE pode nos ajudar a aprender mais sobre o universo e até sobre nós mesmos.

“Compreender a formação de galáxias depende de suposições sobre a formação de estrelas”, disse Grodek. “Se podemos entender a formação das estrelas, então podemos entender a formação das galáxias. Ao entender a formação das galáxias, podemos entender mais sobre do que o universo é feito. Entender de onde viemos e como caímos no universo em última análise, depende da compreensão das origens das estrelas. “

“Conhecer a massa de uma estrela nos mostra seu brilho e também os tipos de reações nucleares que ocorrem dentro dela”, disse Faucher Geiger. “Fazendo isso, podemos aprender mais sobre os elementos que são feitos nas estrelas, como carbono e oxigênio – os elementos dos quais somos feitos também.”

Referência: “STARFORGE: Toward a Comprehensive Numerical Mode for Star Cluster Formation and Reactions” por Michael Y Grodek, David Gusgenov, Philip F Hopkins, Stella SR Offner e Claude-Andre Faucher-Geiger, 17 de maio de 2021, Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab1347

O estudo foi financiado pela National Science Foundation e NASA.

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Astronautas da Estação Espacial Internacional se preparam para coletar amostras de microorganismos durante uma próxima caminhada espacial, já que a partida da tripulação do Starliner está atrasada

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Astronautas da Estação Espacial Internacional se preparam para coletar amostras de microorganismos durante uma próxima caminhada espacial, já que a partida da tripulação do Starliner está atrasada

Dois astronautas da NASA sairão da Estação Espacial Internacional (ISS) na quinta-feira (13 de junho), e você poderá assistir ao evento ao vivo.

Os astronautas da NASA Tracey Caldwell Dyson e Matthew Dominick realizarão uma caminhada no espaço, ou atividade extraveicular (EVA), na quinta-feira. O evento está programado para começar às 8h EST (1200 GMT) e durar cerca de 6,5 horas.

Você pode assistir ao vivo aqui no Space.com, cortesia da NASA, ou pode assistir ao vivo Através da agência espacial. A cobertura começará às 6h30 EST (10h30 GMT). (Você pode ler mais sobre caminhadas espaciais e como elas funcionam em nossa página de referência do EVA.)

O astronauta da NASA Woody Hoburg monta o braço robótico Canadarm2 enquanto manobra um painel solar rolante em direção à estrutura de treliça da Estação Espacial Internacional, 257 milhas (414 quilômetros) acima do Oceano Pacífico, durante uma caminhada espacial em 9 de junho de 2023. (Crédito da imagem: NASA)

Durante a caminhada no espaço, a dupla recuperará um equipamento de comunicação defeituoso, conhecido como matriz de radiofrequência. Dyson também pesquisará o exterior da estação espacial para coletar amostras para estudar microorganismos em ambientes de microgravidade extrema.

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O avião Boeing Starliner agora sofre 5 vazamentos enquanto estava estacionado fora da Estação Espacial Internacional

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O avião Boeing Starliner agora sofre 5 vazamentos enquanto estava estacionado fora da Estação Espacial Internacional

depois Encaixe não especificado Na Estação Espacial Internacional, na semana passada, a Boeing conseguiu entregar dois astronautas da NASA ao laboratório orbital. A estressante saga Starliner continua à medida que a cápsula da tripulação desenvolve mais vazamentos em seu módulo de serviço. A NASA está atualmente avaliando sua capacidade de devolver a dupla à Terra.

Em uma atualização compartilhada na segunda-feira, NASA abrir As equipes da Starliner estão avaliando o impacto de cinco vazamentos de hélio no restante da missão. “Enquanto o Starliner está atracado, todas as escotilhas são fechadas nas operações normais da missão para evitar a perda de hélio dos tanques”, escreveu a agência espacial.

Se você está rastreando, ele esteve lá Três vazamentos na espaçonave Starliner Da última vez que verificamos. As equipes da Starliner identificaram dois novos vazamentos na espaçonave após seu lançamento em 5 de junho, além de… Vazamento de hélio descoberto antes da decolagem. A equipe levou algum tempo para avaliar o problema antes de lançar a cápsula, mas no final a Boeing e a NASA decidiram prosseguir com o voo da tripulação a bordo da espaçonave Starliner com vazamento sem resolver o problema.

A espaçonave consiste em uma cápsula de tripulação reutilizável e um módulo de serviço descartável. O hélio é usado em sistemas de propulsão de naves espaciais para permitir que os propulsores disparem sem serem inflamáveis ​​ou tóxicos. “Podemos lidar com esse vazamento específico se a taxa de vazamento aumentar em até 100 vezes”, disse Steve Stich, diretor do Programa de Tripulação Comercial da NASA, durante uma entrevista coletiva antes do lançamento do Starliner.

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Bem, está chegando lá. Embora os vazamentos sugiram que há um problema maior com o sistema de propulsão do Starliner, a NASA continua confiante em seu parceiro comercial e minimiza as falhas na espaçonave. “Os engenheiros avaliaram o fornecimento de hélio com base nas atuais taxas de vazamento e determinaram que o Starliner tinha ampla margem para suportar o voo de retorno da estação”, escreveu a NASA em sua atualização. “Apenas sete horas de voo livre são necessárias para realizar o final normal da missão, e o Starliner atualmente tem hélio suficiente em seus tanques para suportar 70 horas de atividade de voo livre após a separação.”

O “fim natural da missão” é fundamental aqui, já que o Starliner teve dificuldade em atracar na Estação Espacial Internacional. A Starliner perdeu sua primeira oportunidade de acoplagem às 12h15 horário do leste dos EUA devido a problemas técnicos, levando a NASA a mirar outra janela de acoplagem uma hora depois. Cinco dos motores da espaçonave falharam durante sua aproximação, quatro dos quais foram recuperados posteriormente. o A cápsula finalmente atracou Com a Estação Espacial Internacional às 13h34 horário do leste dos EUA em 6 de junho.

Enquanto estacionados fora da Estação Espacial Internacional, os engenheiros também estão avaliando uma válvula de isolamento do oxidante RCS no módulo de serviço que não foi fechada corretamente, de acordo com uma atualização recente da NASA. O RCS, ou Sistema de Controle de Reação, utiliza os impulsores para controlar a atitude e a direção, enquanto a válvula de isolamento do oxidante regula o fluxo do oxidante, necessário para a queima de combustível nos impulsores. Os gestores da missão continuam a trabalhar no plano de regresso, que inclui avaliações da lógica do voo, tolerância a falhas e potenciais mitigações operacionais para o resto do voo, escreveu a agência espacial.

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Starliner está programado para se separar da estação espacial em órbita até 18 de junho Teste de voo tripulado Faz parte do Programa de Tripulação Comercial da NASA e destina-se ao transporte de tripulação e carga de e para a Estação Espacial Internacional (ISS). US$ 4,3 bilhões Contratação com a agência espacial. O outro parceiro comercial da NASA, a SpaceX, lançou até agora oito tripulações para a estação espacial.

O objetivo do primeiro voo tripulado da espaçonave era fazer voos regulares para a Estação Espacial Internacional, mas a NASA pode exigir que o Starliner passe por alguns reparos antes que a cápsula seja aprovada para operação normal.

Para mais viagens espaciais em sua vida, siga-nos X Um marcador personalizado para o Gizmodo Página do voo espacial.

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Engenharia como principal previsão de terremotos

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Engenharia como principal previsão de terremotos

Pesquisadores da Brown University descobriram que a geometria das redes de falhas, e não apenas o atrito nas falhas geológicas, afeta muito a ocorrência e a intensidade dos terremotos. Crédito: SciTechDaily.com

Pesquisadores da Brown University descobriram que a geometria das falhas, incluindo deslocamentos e estruturas complexas dentro das zonas de falhas, desempenha um papel crítico na determinação da probabilidade e da força de um terremoto. Esta descoberta, baseada em estudos de falhas geológicas na Califórnia, desafia as visões tradicionais que se concentram principalmente na fricção.

Ao observar mais de perto a composição geométrica das rochas que originam os terremotos, os pesquisadores da Universidade Brown estão acrescentando uma nova ruga à crença de longa data sobre o que causa os terremotos.

Dinâmica do terremoto revisitada

A pesquisa, descrita em artigo publicado recentemente na revista naturezaRevela que a forma como as redes de falhas estão alinhadas desempenha um papel crucial na determinação de onde ocorre um terremoto e quão forte é. Estas descobertas desafiam a ideia tradicional de que é o tipo de atrito que ocorre nessas falhas que determina principalmente se os terremotos ocorrem ou não, e poderia melhorar a compreensão atual de como funcionam os terremotos.

“Nosso artigo pinta um quadro muito diferente sobre por que os terremotos acontecem”, disse Victor Tsai, geofísico da Universidade Brown e um dos principais autores do artigo. “Isso tem implicações muito importantes para onde se pode esperar que os terremotos ocorram versus onde os terremotos não podem ser esperados, e também para prever onde os terremotos serão mais prejudiciais.”

Visões tradicionais sobre a mecânica dos terremotos

As linhas de falha são os limites visíveis na superfície do planeta, onde as placas sólidas que constituem a litosfera da Terra colidem umas com as outras. Durante décadas, os geofísicos interpretaram os terramotos como ocorrendo quando a tensão se acumula nas falhas até ao ponto em que as falhas deslizam rapidamente ou se quebram umas sobre as outras, libertando a tensão reprimida numa acção conhecida como comportamento de deslizamento, diz Tsai.

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Os pesquisadores levantaram a hipótese de que o rápido deslizamento e os intensos movimentos do solo que se seguem são o resultado do atrito instável que pode ocorrer em falhas. Em contraste, a ideia é que quando o atrito é estável, as placas deslizam umas contra as outras lentamente, sem que ocorra um terremoto. Esse movimento constante e suave também é conhecido como rastejar.

Novas perspectivas sobre o comportamento da linha de falha

“As pessoas tentam medir essas propriedades de atrito, como se uma zona de falha tem atrito instável ou atrito estável, e então, com base em medições de laboratório disso, tentam prever se haverá ou não um terremoto ali”, disse Cai. Ele disse. “Nossas descobertas sugerem que pode ser mais importante observar a geometria das falhas nessas redes de falhas, porque pode ser a geometria complexa das estruturas em torno desses limites que cria esse comportamento instável versus estável.”

A geometria a considerar inclui complexidades nas estruturas rochosas subjacentes, como curvas, lacunas e degraus. O estudo é baseado na modelagem matemática e no estudo de zonas de falhas na Califórnia usando dados do banco de dados de falhas quaternárias do US Geological Survey e do California Geological Survey.

Exemplos detalhados e pesquisas anteriores

A equipe de pesquisa, que também inclui o estudante de pós-graduação da Brown University, Jaesuk Lee, e o geofísico Greg Hirth, fornece um exemplo mais detalhado para ilustrar como ocorrem os terremotos. Dizem que imagine defeitos colidindo uns com os outros como se tivessem dentes serrilhados como o fio de uma serra.

Quando há menos dentes ou dentes rombos, as pedras deslizam umas sobre as outras com mais suavidade, permitindo o rastejamento. Mas quando as estruturas rochosas nestas falhas são mais complexas e ásperas, estas estruturas unem-se e colam-se. Quando isso acontece, eles aumentam a pressão e, eventualmente, à medida que puxam e empurram com mais força, quebram, separando-se e causando terremotos.

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Efeitos da complexidade geométrica

O novo estudo é baseado em trabalho anterior Considere por que alguns terremotos geram maior movimento do solo em comparação com outros terremotos em diferentes partes do mundo, e às vezes até mesmo aqueles da mesma magnitude. O estudo mostrou que a colisão de blocos dentro de uma zona de falha durante um terremoto contribui significativamente para a geração de vibrações de alta frequência e levantou a ideia de que a complexidade geométrica do subsolo também pode desempenhar um papel em onde e por que ocorrem os terremotos.

Desequilíbrio e intensidade do terremoto

Analisando dados de falhas na Califórnia – que inclui a conhecida Falha de San Andreas – os pesquisadores descobriram que zonas de falha que tinham geometria complexa por baixo, o que significa que as estruturas não eram consistentes, revelaram ter movimentos de solo mais fortes do que movimentos menos geométricos. complexo. Zonas de erro. Isto também significa que algumas destas áreas terão terremotos mais fortes, outras terão terremotos mais fracos e algumas não terão terremotos.

Os pesquisadores determinaram isso com base no desequilíbrio médio dos erros analisados. Esta taxa de desalinhamento mede o quão próximas as falhas estão em uma determinada área e todas vão na mesma direção versus indo em direções diferentes. A análise revelou que zonas de falha onde as falhas são mais oblíquas causam episódios de deslizamento na forma de terremotos. As zonas de falha onde a geometria da falha estava mais alinhada facilitaram o deslizamento suave da falha sem terremotos.

“Compreender como as falhas se comportam como um sistema é essencial para compreender por que e como ocorrem os terremotos”, disse Lee, o estudante de pós-graduação que liderou o trabalho. “Nossa pesquisa sugere que a complexidade da arquitetura da rede de erros é o fator chave e cria conexões significativas entre conjuntos de observações independentes e os integra em uma nova estrutura.”

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Direções futuras na pesquisa de terremotos

Os pesquisadores dizem que mais trabalho precisa ser feito para validar totalmente o modelo, mas este trabalho preliminar sugere que a ideia é promissora, especialmente porque o desalinhamento ou desalinhamento é mais fácil de medir do que as propriedades do desalinhamento. Se este trabalho for válido, poderá um dia ser incorporado em modelos de previsão de terremotos.

Isso ainda está muito distante no momento, à medida que os pesquisadores começam a determinar como desenvolver o estudo.

“A coisa mais óbvia que vem a seguir é tentar ir além da Califórnia e ver como esse modelo se comporta”, disse Tsai. “Esta é potencialmente uma nova maneira de entender como ocorrem os terremotos.”

Referência: “A geometria da rede de falhas influencia o comportamento de fricção dos terremotos” por Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee e Daniel T. Trugman, 5 de junho de 2024, natureza.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation. Além de Li, Tsai e Hirth, a equipe também incluiu Avighyan Chatterjee e Daniel Trugman, da Universidade de Nevada, Reno.

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