Явище турбулентності, тобто хаотичного руху газів та рідин на високій швидкості, добре відоме на Землі. Проте існує воно і в космосі. Зокрема, науковці вивчають його у холодних газопилових хмарах, де відбувається народження зір.
Роль турбулентності у народженні світил
У літаку рухи повітря як у малих, так і у великих масштабах спричиняють турбулентність, що може призвести до тряски під час польоту. Турбулентність набагато більшого масштабу важлива для формування зір у гігантських молекулярних хмарах, які пронизують Чумацький Шлях.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Science Advances, вчені створили симуляції, щоб дослідити, як турбулентність взаємодіє зі щільністю хмари. Згустки, або кишені щільності, — це місця, де народжуються нові зорі. Наше Сонце, наприклад, сформувалося 4,6 млрд років тому в грудкуватій частині хмари, яка зруйнувалася.
«Ми знаємо, що основним процесом, який визначає, коли і як швидко утворюються зорі, є турбулентність, оскільки вона породжує структури, які створюють світила, — сказав Еван Сканнап’єко, професор астрофізики в Університеті штату Аризона і провідний автор дослідження. — Наше дослідження розкриває, як формуються ці структури».
Моделювання турбулентності у молекулярних хмарах
Гігантські молекулярні хмари сповнені випадкових турбулентних рухів, які викликані гравітацією, перемішуванням галактичних рукавів і вітрів, струменів і вибухів молодих світил. Ця турбулентність настільки сильна, що створює поштовхи, які спричиняють зміни густини у хмарі.
У моделюванні використовувалися точки, які називаються частинками-мітками, що перетинали молекулярну хмару і рухалися разом з матеріалом. Під час руху частинки реєструють густину тієї частини хмари, з якою вони стикаються, створюючи історію зміни густини з плином часу. Дослідники, серед яких були також Любін Пан з Університету Сунь Ятсена в Китаї, Маркус Брюгген із Гамбурзького університету в Німеччині та Ед Буї з Вассарського коледжу в Покіпсі (штат Нью-Йорк), змоделювали вісім сценаріїв, кожен з яких мав різний набір реалістичних властивостей хмари.
Команда виявила, що прискорення і сповільнення ударних хвиль відіграє важливу роль на шляху частинок. Ударні хвилі сповільнюються, коли вони потрапляють у газ високої густини, й прискорюються, коли потрапляють у газ низької густини. Це схоже на те, як океанська хвиля посилюється, коли б’ється об мілководдя біля берега.
Ударні хвилі у щільному та нещільному середовищах
Коли частинка потрапляє в ударну хвилю, область навколо неї стає щільнішою. Але оскільки ударні хвилі сповільнюються у таких областях, коли згустки стають достатньо щільними, турбулентні рухи не можуть зробити їх ще щільнішими. Саме в цих скупченнях високої густини, найімовірніше, утворюються зорі.
В той час як інші дослідження вивчали молекулярні структури щільності хмар, ця симуляція дозволяє побачити, як ці структури формуються з часом. Це допомагає вченим зрозуміти, як і де можуть народжуватись зорі.
Космічний телескоп NASA імені James Webb досліджує структуру молекулярних хмар. Він також досліджує хімію молекулярних хмар, яка залежить від історії газу, що моделюється в симуляціях. Нові вимірювання, подібні до цих, поглиблять наше розуміння процесу зореутворення.
За матеріалами phys.org
