De wiskunde is eenvoudig: ster + andere ster = grotere ster.
Hoewel dit conceptueel goed werkt, houdt het geen rekening met de extreem grote afstanden tussen sterren. Zelfs in clusters, waar de dichtheid van sterren aanzienlijk hoger is dan in de hoofdschijf, is het aantal sterren per volume-eenheid zo laag dat botsingen nauwelijks worden overwogen door astronomen. Natuurlijk moet op een gegeven moment de stellaire dichtheid een punt bereiken waarop de kans op een botsing statistisch significant wordt. Waar is dat omslagpunt en zijn er locaties die de cut daadwerkelijk kunnen maken?
Al vroeg in de ontwikkeling van modellen voor stellaire vorming was de noodzaak van stellaire botsingen om zware sterren te produceren niet goed beperkt. Vroege modellen van vorming via accretie lieten doorschemeren dat accretie onvoldoende zou kunnen zijn, maar naarmate modellen complexer werden en overgingen in driedimensionale simulaties, werd het duidelijk dat botsingen eenvoudigweg niet nodig waren om het regime van de bovenmassa te bevolken. Het idee viel uit de gratie.
Er zijn echter twee recente artikelen die de mogelijkheid hebben onderzocht dat, hoewel nog steeds zeker zeldzaam, er in bepaalde omgevingen botsingen kunnen optreden. Het belangrijkste mechanisme dat hierbij helpt, is het idee dat, terwijl clusters door het interstellaire medium vegen, ze onvermijdelijk gas en stof zullen opnemen en langzaam in massa zullen toenemen. Deze toename van de massa zorgt ervoor dat het cluster krimpt, waardoor de stellaire dichtheid toeneemt. De studies suggereren dat om een botsingskans statistisch significant te laten zijn, een cluster nodig zou zijn om een dichtheid van ongeveer 100 miljoen sterren per kubieke parsec te bereiken. (Houd er rekening mee dat een parsec 3,26 lichtjaar is en ongeveer de afstand is tussen de zon en onze dichtstbijzijnde naburige ster.)
Momenteel is zo'n hoge concentratie nog nooit waargenomen. Hoewel een deel hiervan zeker te wijten is aan de zeldzaamheid van dergelijke dichtheden, spelen observatiebeperkingen waarschijnlijk een cruciale rol bij het moeilijk te detecteren maken van dergelijke systemen. Als zulke hoge dichtheden zouden worden bereikt, zou er een buitengewoon hoge ruimtelijke resolutie nodig zijn om dergelijke systemen te onderscheiden. Als zodanig zullen numerieke simulaties van extreem dichte systemen directe waarnemingen moeten vervangen.
Hoewel de benodigde dichtheid eenvoudig is, is het moeilijkere onderwerp welke soorten clusters in staat zouden kunnen zijn om aan dergelijke criteria te voldoen. Om dit te onderzoeken, voerden de teams die de recente artikelen schreven Monte Carlo-simulaties uit waarin ze het aantal sterren konden variëren. Dit type simulatie is in wezen een model van een systeem dat herhaaldelijk vooruit mag spelen met iets andere startconfiguraties (zoals de beginposities van de sterren) en door de resultaten van talloze simulaties te middelen, een benadering van het gedrag van de systeem is bereikt. Een eerste onderzoek suggereerde dat dergelijke dichtheden konden worden bereikt in clusters met zo weinig als een paar duizend sterren, mits de gasaccumulatie voldoende snel was (clusters hebben de neiging langzaam te verspreiden onder getijdestrippen, wat dit effect op langere tijdschalen kan tegengaan). Het model dat ze gebruikten, bevatte echter veel vereenvoudigingen, aangezien het onderzoek naar de haalbaarheid van dergelijke interacties slechts voorlopig was.
De recentere studie, gisteren geüpload naar arXiv, bevat meer realistische parameters en stelt vast dat het totale aantal sterren in de clusters dichter bij 30.000 zou moeten liggen voordat botsingen waarschijnlijk werden. Dit team suggereerde ook dat er aan meer voorwaarden moest worden voldaan, waaronder de snelheid van gasuitstoot (aangezien niet alle gas in de cluster zou blijven zoals het eerste team voor eenvoud had aangenomen) en de mate van massascheiding (zwaardere sterren zinken naar de middelste en lichtere drijven naar buiten en aangezien zwaardere groter zijn, vermindert dit in feite de getalsdichtheid terwijl de massadichtheid toeneemt). Terwijl veel bolhopen gemakkelijk aan de eis van kunnen voldoen aantal van sterren zou waarschijnlijk niet aan deze andere voorwaarden worden voldaan. Bovendien brengen bolhopen weinig tijd door in gebieden van de melkweg waar ze waarschijnlijk voldoende hoge gasdichtheden zullen tegenkomen om voldoende massa op de noodzakelijke tijdschalen op te hopen.
Maar zijn er clusters die voldoende dichtheid zouden kunnen bereiken? Het meest dichte galactische cluster dat bekend is, is het Arches-cluster. Helaas bereikt deze cluster slechts een bescheiden ~ 535 sterren per kubieke parsec, nog steeds veel te laag om een groot aantal botsingen te veroorzaken. Eén uitvoering van de simulatiecode met omstandigheden die vergelijkbaar waren met die in de Arches-cluster, voorspelde echter één botsing in ~ 2 miljoen jaar.
Al met al lijken deze studies te bevestigen dat de rol van botsingen bij het vormen van zware sterren klein is. Zoals eerder opgemerkt, lijken accretiemethoden het brede scala aan stellaire massa's te verklaren. Maar in veel jonge sterrenhopen die nog steeds sterren vormen, vinden astronomen zelden sterren die veel groter zijn dan ~ 50 zonsmassa's. De tweede studie van dit jaar suggereert dat deze waarneming misschien nog ruimte laat voor botsingen om een onverwachte rol te spelen.
(OPMERKING: hoewel kan worden gesuggereerd dat botsingen ook kunnen worden beschouwd als de baan van dubbelsterren vervalt als gevolg van getijdeninteracties, worden dergelijke processen in het algemeen "fusies" genoemd. De term "botsing" zoals gebruikt in de bron materialen en dit artikel wordt gebruikt om de samenvoeging van twee sterren aan te duiden die niet door zwaartekracht zijn gebonden.)
Bronnen:
