Астрофизическое исследование исследует турбулентность в молекулярных облаках

Астрофизическое исследование исследует турбулентность в молекулярных облаках

На этом изображении показано распределение плотности при моделировании турбулентного молекулярного облака. Авторы и права: НАСА/Э. Сканнапьеко и др. (2024 г.)

В самолете движения воздуха как в малых, так и в больших масштабах способствуют турбулентности, которая может привести к тряске в полете. Турбулентность в гораздо большем масштабе важна для формирования звезд в гигантских молекулярных облаках, пронизывающих Млечный Путь.

В новом и журнала Достижения наукиУченые создали моделирование, чтобы изучить, как турбулентность взаимодействует с плотностью облака. Комки или очаги плотности — это места, где рождаются новые звезды. Наше Солнце, например, образовалось 4,6 миллиарда лет назад из комковатой части рухнувшего облака.

«Мы знаем, что основным процессом, определяющим, когда и как быстро образуются звезды, является турбулентность, поскольку она порождает структуры, которые создают звезды», — сказал Эван Сканнапьеко, профессор астрофизики в Университете штата Аризона и ведущий автор исследования. «Наше исследование показывает, как формируются эти структуры».

Гигантские молекулярные облака полны хаотичных турбулентных движений, вызванных гравитацией, возбуждаемой галактическими рукавами и ветрами, струями и взрывами молодых звезд. Эта турбулентность настолько сильна, что создает толчки, вызывающие изменения плотности облака.

В симуляциях использовались точки, называемые частицами-индикаторами, которые пересекали молекулярное облако и перемещались вместе с материалом. По мере своего перемещения частицы фиксируют плотность той части облака, с которой сталкиваются, создавая историю того, как участки плотности меняются 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 Бьюи II из колледжа Вассар в Покипси, штат Нью-Йорк, смоделировали восемь сценариев, каждый из которых имеет разный набор реалистичных сценариев. свойства облака.



Эта анимация показывает распределение плотности при моделировании турбулентного молекулярного облака. Цвета представляют плотность: темно-синий указывает на наименее плотные области, а красный — на самые плотные. Авторы и права: НАСА/Э. Сканнапьеко и др. (2024 г.)

Команда обнаружила, что ускорение и замедление ударов играет важную роль в пути частиц. Удары замедляются при переходе в газ с высокой плотностью и ускоряются при переходе в газ с низкой плотностью. Это похоже на то, как усиливается океанская волна, когда она достигает мелководья у берега.

Когда частица сталкивается с ударной волной, область вокруг нее становится более плотной. Но поскольку в плотных регионах толчки замедляются, как только комки станут достаточно плотными, турбулентные движения не смогут сделать их еще плотнее. В этих самых неровных регионах с высокой плотностью чаще всего образуются звезды.

В то время как другие исследования изучали структуры плотности молекулярных облаков, это моделирование позволяет ученым увидеть, как эти структуры формируются с течением времени. Это помогает ученым понять, как и где могут рождаться звезды.

Пристегнитесь: новое исследование изучает турбулентность в молекулярных облаках

На этом изображении показана часть моделирования молекулярного облака. Цвета представляют плотность: темно-синий указывает на наименее плотные области, а красный — на самые плотные. Частицы-трассеры, представленные черными точками, пересекают моделируемое облако. Изучая, как они взаимодействуют с ударными волнами и очагами плотности, ученые смогут лучше понять структуры молекулярных облаков, которые приводят к образованию звезд. Авторы и права: НАСА/Э. Сканнапьеко и др. (2024 г.)

«Теперь мы можем лучше понять, почему эти структуры выглядят именно так, потому что мы можем отслеживать их историю», — сказал Сканнапьеко.

Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба исследует структуру молекулярных облаков. Он также изучает химию молекулярных облаков, которая зависит от истории газа, смоделированного в моделировании. Новые измерения, подобные этим, помогут нам понять процесс звездообразования.

Дополнительная информация:
Эван Сканнапьеко и др., Понимание флуктуаций плотности в сверхзвуковой изотермической турбулентности, Достижения науки (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado3958.

Цитирование: Астрофизическое исследование изучает турбулентность в молекулярных облаках (30 октября 2024 г.), получено 31 октября 2024 г. с https://phys.org/news/2024-10-astrophysical-explores-turbulence-molecular-clouds.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.