Явление турбулентности, то есть хаотического движения газов и жидкостей на высокой скорости, хорошо известно на Земле. Однако существует оно и в космосе. В частности ученые изучают его в холодных газопылевых облаках, где происходит рождение звезд.
Роль турбулентности в рождении звезд
В самолете движения воздуха как в малых, так и в больших масштабах вызывают турбулентность, что может привести к тряске во время полета. Турбулентность гораздо большего масштаба важна для формирования звезд в гигантских молекулярных облаках, которые пронизывают Млечный Путь.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые создали симуляции, чтобы выяснить, как турбулентность взаимодействует с плотностью облака. Сгустки, или карманы плотности, — это места, где рождаются новые звезды. Наше Солнце, например, сформировалось 4,6 млрд лет назад в комковатой части облака, которая разрушилась.
«Мы знаем, что основным процессом, определяющим, когда и как быстро образуются светила, является турбулентность, поскольку она порождает структуры, которые создают звезды, — сказал Эван Сканнапьеко, профессор астрофизики в Университете штата Аризона и ведущий автор исследования. — Наше исследование раскрывает, как формируются эти структуры».
Моделирование турбулентности в молекулярных облаках
Гигантские молекулярные облака полны случайных турбулентных движений, вызванных гравитацией, перемешиванием галактических рукавов и ветров, струй и взрывов молодых звезд. Эта турбулентность настолько сильна, что создает толчки, которые вызывают изменения плотности в облаке.
В моделировании использовались точки, называемые частицами-метками, которые пересекали молекулярное облако и двигались вместе с материалом. Во время движения частицы регистрируют плотность той части облака, с которой они сталкиваются, создавая историю изменения плотности с течением времени. Исследователи, среди которых были также Любин Пан из Университета Сунь Ятсена в Китае, Маркус Брюгген из Гамбургского университета в Германии и Эд Буи из Вассарского колледжа в Покипси (штат Нью-Йорк), смоделировали восемь сценариев, каждый из которых имел разный набор реалистичных свойств облака.
Команда обнаружила, что ускорение и замедление ударных волн играет важную роль на пути частиц. Ударные волны замедляются, когда они попадают в газ высокой плотности, и ускоряются, когда попадают в газ низкой плотности. Это похоже на то, как океанская волна усиливается, когда ударяется о мелководье у берега.
Ударные волны в плотной и неплотной средах
Когда частица попадает в ударную волну, область вокруг нее становится более плотной. Но поскольку ударные волны замедляются в таких областях, когда сгустки становятся достаточно плотными, турбулентные движения не могут сделать их еще плотнее. Именно в этих скоплениях высокой плотности, вероятнее всего, образуются звезды.
В то время как другие исследования изучали молекулярные структуры плотности облаков, эта симуляция позволяет увидеть, как эти структуры формируются со временем. Это помогает ученым понять, как и где могут рождаться звезды.
Космический телескоп NASA имени James Webb исследует структуру молекулярных облаков. Он также исследует химию молекулярных облаков, которая зависит от истории газа, моделируемой в симуляциях. Новые измерения, подобные этим, углубят наше понимание процесса звездообразования.
По материалам phys.org
