Удивительная турбулентность в молекулярных облаках
В самолете движение воздуха как в малых, так и в больших масштабах способствует возникновению турбулентности, которая может привести к неровностям в полете. Турбулентность в гораздо большем масштабе важна для формирования звезд в гигантских молекулярных облаках, которые пронизывают Млечный Путь.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые провели моделирование, чтобы изучить, как турбулентность взаимодействует с плотностью облака. Сгустки, или очаги плотности, - это места, где будут рождаться новые звезды. Наше солнце, например, сформировалось 4,6 миллиарда лет назад в комковатой части облака, которое разрушилось.
"Мы знаем, что основным процессом, который определяет, когда и как быстро образуются звезды, является турбулентность, потому что она приводит к образованию структур, которые создают звезды", - сказал Эван Сканнапьеко, профессор астрофизики в Университете штата Аризона и ведущий автор исследования. "Наше исследование раскрывает, как формируются эти структуры".
Гигантские молекулярные облака полны случайных турбулентных движений, которые вызваны гравитацией, перемешиванием галактическими рукавами и ветрами, струями и взрывами молодых звезд. Эта турбулентность настолько сильна, что создает толчки, которые приводят к изменению плотности облака.
При моделировании использовались точки, называемые частицами-индикаторами, которые пересекают молекулярное облако и перемещаются вместе с материалом. По мере перемещения частиц они регистрируют плотность той части облака, с которой сталкиваются, создавая историю изменения плотности с течением времени. Исследователи, в число которых также входили Любин Пан из Университета Сунь Ятсена в Китае, Маркус Брюгген из Гамбургского университета в Германии и Эд Буйе II из колледжа Вассар в Покипси, штат Нью-Йорк, смоделировали восемь сценариев, каждый из которых отличался набором реалистичных свойств облаков.
Команда обнаружила, что ускорение и замедление ударных волн играет существенную роль на пути частиц. Ударные волны замедляются при попадании в газ с высокой плотностью и ускоряются при попадании в газ с низкой плотностью. Это похоже на то, как усиливается океанская волна, когда она ударяется о мелководье у берега.
Когда частица ударяется о поверхность, область вокруг нее становится более плотной. Но поскольку в плотных областях ударные волны замедляются, как только комки становятся достаточно плотными, турбулентные движения не могут сделать их плотнее. Эти области с самой высокой плотностью сгустков - именно то место, где наиболее вероятно образование звезд.
В то время как в других исследованиях изучались структуры плотности молекулярных облаков, это моделирование позволяет ученым увидеть, как эти структуры формируются с течением времени. Это помогает ученым понять, как и где, вероятно, рождаются звезды.
"Теперь мы можем лучше понять, почему эти сооружения выглядят именно так, потому что мы можем отслеживать их историю", - сказал Сканнапьеко.
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба изучает структуру молекулярных облаков. Он также изучает химический состав молекулярных облаков, который зависит от истории газа, смоделированной в ходе моделирования. Новые измерения, подобные этим, помогут нам лучше понять процессы звездообразования.
