Турбулентность в межзвездных газовых облаках описали мультифрактальными структурами

Немецко-французская программа сотрудничества GENESIS описала сложную структуру межзвездной среды с использованием нового математического метода.

Об этом рассказывают в Кельнском университете.

Звездообразование

Звезды образуются в огромных межзвездных облаках, состоящих в основном из молекулярного водорода — энергетического резервуара всех звезд. Этот материал имеет низкую плотность, всего лишь от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч частиц на кубический сантиметр, но очень сложную структуру с конденсацией в виде «комков» и «нитей», и, со временем, «ядер», из которых образуются звезды в результате гравитационного коллапса вещества.

Пространственная структура газа в облаках и вокруг них определяется многими физическими процессами, одним из важнейших из которых является межзвездная турбулентность. Она возникает, когда энергия передается от больших масштабов, таких как галактические волны плотности или взрывы сверхновых, к меньшим масштабам. Турбулентность известна по потокам, в которых жидкость или газ "перемешиваются", но они также могут образовывать вихри и демонстрировать короткие периоды хаотического поведения, называемые прерывностью.

Однако, чтобы образовалась звезда, газ должен перейти в состояние покоя, то есть кинетическая энергия должна рассеяться. После этого гравитация может приложить достаточно силы, чтобы собрать водородные облака и сформировать звезду. Таким образом, важно понимать и математически описать энергетический каскад и связанные с ним структурные изменения.

Исследование

Немецко-французская исследовательская группа обнаружила, что кинетическая энергия турбулентности переходит в состояние покоя в пространстве, очень маленьком в космических масштабах — в пределах от одного до нескольких световых лет.

Группа также пришла к новым результатам в математическом методе: раньше турбулентную структуру межзвездной среды описывали как самоподобную — или фрактальную. Исследователи обнаружили, что недостаточно математически описать структуру как единственный фрактал — самоподобную структуру, известную из множества Мандельброта. Вместо этого они добавили несколько различных фракталов, так называемых мультифракталов.

Таким образом, для детального определения и отображения структурных изменений в астрономических изображениях могут быть использованы новые методы. Также возможно их применение в других научных областях, таких как исследование атмосферы.

Немецко-французская программа GENESIS (Генерация структур в межзвездной среде) — это сотрудничество между Институтом астрофизики Кельнского университета, Лаборатории астрофизики при Университете Бордо и Институтом Geostat/INRIA в Бордо.

В основной публикации журнала Astronomy & Astrophysics (статья доступна онлайн) исследовательская группа представляет новые математические методы для характеристики турбулентности на примере молекулярного облака Мухи в созвездии Мухи.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.