Сложное компьютерное моделирование турбулентности в межзвездном газе и молекулярных облаках, которое еще не было реализовано в такой степени, позволило по-новому взглянуть на вопрос о том, какую роль она играет в образовании звезд. Результаты расчетов впервые позволяют сделать выводы о том, как происходит переход этих турбулентных движений из сверхзвукового в дозвуковой диапазон. Работа международной исследовательской группы проводилась под руководством ученых из Центра астрономии Гейдельбергского университета и Австралийского национального университета в Канберре.
Один из центральных и самых сложных вопросов в астрономии - это когда и каким образом звезды образуются из межзвездных газовых облаков. «Межзвездный газ, который составляет от 10 до 15 процентов видимой материи в Млечном Пути, не проникает в пространство между звездами равномерно диффузным образом, а по своему распространению напоминает поднимающийся турбулентно клубящийся дым. Именно это турбулентное поведение, по-видимому, является ключом к тому, как межзвездные газовые облака фрагментируются под действием своего собственного гравитационного веса и агломерируются, образуя звезды и звездные скопления », - объясняет профессор.
Особая проблема в исследовании этих турбулентных движений состоит в том, что они каскадом переходят от больших масштабов к еще меньшим. Они напоминают клубы дыма со своими большими, быстро движущимися вихрями, в которые уносятся более мелкие вихри. Этот каскадный процесс также имеет место в газовых, пылевых и молекулярных облаках в пространстве между звездами, также известном как межзвездная среда. Однако, как объясняет профессор, эти облака на много порядков «тоньше», чем клуб дыма.
В таком каскадном процессе турбулентная энергия продолжает уменьшаться до меньшего масштаба. Это означает, что крупномасштабная турбулентность, обычно движущаяся со сверхзвуковой скоростью, в конечном итоге будет двигаться со скоростью в дозвуковом диапазоне. И именно этот переход - так называемая звуковая шкала - определяет свойства ядер плотных молекулярных облаков. Этот масштаб, как и предположение, отмечает область перехода от поведения с преобладанием турбулентности к поведению с преобладанием силы тяжести. Как только гравитация преобладает, начинается звездообразование.
«Есть теоретические прогнозы относительно того, где должна быть эта переходная зона. Но их точное положение, форма и ширина ранее были неизвестны. Физические процессы настолько сложны, что их можно исследовать только с помощью компьютерного моделирования », - подчеркивает профессор Клессен. В рамках международного сотрудничества ученый из Гейдельберга и его коллега профессор Кристоф из Австралийского национального университета использовал ресурсы центра обработки данных Лейбница для исследования перехода от сверхзвуковой турбулентности к дозвуковой в крупнейшем на сегодняшний день моделировании межзвездной турбулентности.
По словам профессора Федеррата, результаты впечатляют. Таким образом, ученые смогли подтвердить теоретически предсказанное положение шкалы звука. Кроме того, можно было определить ширину и форму зоны перехода от сверхзвуковой к дозвуковой области. Переход не резкий, но охватывает очень широкий диапазон шкалы. «Теоретически эта переходная зона определяет частоту, с которой новые звезды могут встречаться в межзвездных газовых облаках», - объясняет Клессен. «Поэтому мы сравнили наш прогноз с наблюдениями газовых облаков в Млечном Пути и получили отличное согласие с их статистическими характеристиками», - сказал астрофизик из Гейдельберга.
Если Вам эта статья была полезна и интересна, поставьте палец вверх и подпишитесь на канал, чтобы не пропустить новые публикации.