На этом изображении показано распределение плотности при моделировании турбулентного молекулярного облака. Фото предоставлено: НАСА/Э. Сканнапьеко и др. (2024)
В самолете движение воздуха как в малых, так и в больших масштабах способствует турбулентности, которая может привести к ухабистому полету. Турбулентность гораздо большего масштаба важна для формирования звезд в гигантских молекулярных облаках, пронизывающих Млечный Путь.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые создали моделирование, чтобы изучить, как турбулентность взаимодействует с плотностью облака. Сгустки или плотные карманы — 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 формируются звезды, является турбулентность, потому что она порождает структуры, из которых образуются звезды», — сказал Эван Сканнапьеко, профессор астрофизики в Университете штата Аризона и ведущий автор исследования. «Наше исследование показывает, как возникают эти структуры».
Гигантские молекулярные облака полны хаотичных, турбулентных движений, вызванных гравитацией, движением галактических рукавов и ветров, струями и взрывами молодых звезд. Эта турбулентность настолько сильна, что создает толчки, вызывающие изменения плотности облаков.
В симуляциях использовались точки, называемые частицами-индикаторами, которые пересекали молекулярное облако и перемещались вместе с материалом. Путешествуя, частицы фиксируют плотность той части облака, с которой сталкиваются, создавая историю о том, как участки плотности меняются со временем. 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 разные реалистичные облачные сценарии. Характеристики.
Команда обнаружила, что ускорение и замедление столкновений играет важную роль в пути частиц. Удары замедляются при входе в газ высокой плотности и ускоряются при входе в газ низкой плотности. Это похоже на силу океанской волны, когда она ударяется о мелководье на берегу.
Когда частица сталкивается, среда вокруг нее становится плотнее. Но поскольку в плотных регионах толчки замедляются, как только сгустки станут достаточно плотными, турбулентное движение больше не сможет сделать их плотнее. В этих комковатых регионах с высокой плотностью наиболее вероятно звездообразование.
В то время как другие исследования изучали структуру плотности молекулярных облаков, это моделирование позволяет ученым увидеть, как эти структуры формируются с течением времени. Это способствует пониманию учеными того, как и где могут образовываться звезды.
На этом изображении показана часть моделирования молекулярного облака. Цвета представляют плотность: темно-синий указывает на области с наименьшей плотностью, а красный — на области с самой высокой плотностью. Частицы-трассеры, представленные черными точками, пересекают моделируемое облако. Изучая их взаимодействие со столкновениями и карманами плотности, ученые смогут лучше понять структуры молекулярных облаков, которые приводят к образованию звезд. Фото предоставлено: НАСА/Э. Сканнапьеко и др. (2024)
«Теперь мы можем лучше понять, почему эти структуры выглядят именно так, потому что мы можем проследить их историю», — сказал Сканнапьеко.
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба изучает структуру молекулярных облаков. Он также исследует химию молекулярных облаков, которая зависит от истории газа, смоделированного в моделировании. Новые измерения, подобные этим, улучшат наше понимание процесса звездообразования.
