Турбулентность, то есть хаотические изменения давления и скорости пыли, является одной из величайших загадок классической физики. Известно, что большая часть газа в галактиках является турбулентной, но механизмы, которые развивают и поддерживают эту турбулентность, все еще не изучены. Хотя мы до сих пор не знаем всех физических деталей турбулентности, было потрачено много времени и усилий на определение статистики, которая может сказать нам, является ли газ турбулентным или нет. Другими словами, мы знаем, как выглядит турбулентность, даже если не знаем всех деталей того, как она работает. В этой новой работе ученые исследуют, как звездные ветры от звездных скоплений могут вызывать такую турбулентность.
Звездные ветры, особенно от массивных звезд, таких как звезды O или B, выдувают пузыри в окружающий холодный газ, выталкивая его наружу, оставляя пустоту. Они похожи на пузырьки, которые мы наблюдаем на Земле, созданные воздухом, попавшим в другую среду. В случае пузырей звездного ветра «воздух» - это горячий звездный ветер. Когда в звездном скоплении присутствуют массивные звезды, их капли имеют тенденцию перекрываться и образовывать «суперпузырьки». Один из удивительных примеров этого - скопление туманности Ориона. Авторы статьи провели моделирование, которое примерно имитирует звездный профиль скопления туманности Ориона, и они также обнаружили, что образовался большой суперпузырь.
В этих симуляциях самые массивные звезды выбрасывают горячий газ, который с высокой скоростью заполняет суперпузырь, и выталкивают его наружу в более холодный газ. Это расширение создает толстую среднетемпературную оболочку. Поскольку эта оболочка более плотная, чем центральный горячий газ, она может охлаждаться быстрее и оставаться намного холоднее, чем внутри суперпузырька. В процессе моделирования в горячем газе внутри оболочки возникают турбулентные неустойчивости.
Интересный результат этого моделирования - разнообразие скоростей, с которыми движется газ. Оказывается, оболочка пузыря движется со скоростью больше одного Маха в виде сверхзвуковой ударной волны, которая проникает в окружающее вещество. Однако внутренний газ почти полностью дозвуковой и подвержен сильным колебаниям скорости по всему пузырю. Другими словами, хотя ветры создают сверхзвуковой удар, они вызывают дозвуковую турбулентность внутри пузыря.
Чтобы убедиться, что горячий газ внутри пузыря действительно является турбулентным, авторы выбрали статистику, известную как спектр мощности, которая позволяет им видеть, как энергия переходит от большого к малому масштабу при моделировании. Типичный ожидаемый спектр мощности для дозвуковой турбулентности - это наклонный степенной закон -5/3 (известный как турбулентность Колмогорова). Авторы обнаружили, что со временем их моделирование приблизилось к тому, что указывает на то, что на самом деле звездные ветры в основном вызывают дозвуковую турбулентность.
Это захватывающее открытие, которое указывает на то, что звездные скопления могут играть важную роль в создании и поддержании турбулентности в галактиках. Моделирование турбулентности имеет решающее значение для понимания многих процессов эволюции галактик, таких как звездообразование. Благодаря такому моделированию астрономы могут лучше понять, почему газ в галактиках ведет себя именно так и как он может создавать новые звезды, солнечные системы и даже нас самих.
Источник: AAS
