Турбулентність у міжзоряних газових хмарах описали мультифрактальними структурами
Німецько-французька програма співпраці GENESIS описала складну структуру міжзоряного середовища з використанням нового математичного методу.
Про це розповідають в Кельнському університеті.
Зореутворення
Зірки утворюються у величезних міжзоряних хмарах, що складаються в основному з молекулярного водню — енергетичного резервуару всіх зірок. Цей матеріал має низьку щільність, лише від кількох тисяч до кількох десятків тисяч частинок на кубічний сантиметр, але дуже складну структуру з конденсацією у вигляді «грудок» та «ниток», та, з часом, «ядер», з яких утворюються зірки у результаті гравітаційного колапсу речовини.
Просторова структура газу в хмарах та навколо них визначається багатьма фізичними процесами, одним з найважливіших з яких є міжзоряна турбулентність. Вона виникає, коли енергія передається від великих масштабів, таких як галактичні хвилі щільності або вибухи наднових, до менших масштабів. Турбулентність відома з потоків, в яких рідина або газ “перемішуються”, але вони також можуть утворювати вихори і демонструвати короткі періоди хаотичної поведінки, звані переривчастістю.
Однак, щоб утворилася зірка, газ повинен перейти у стан спокою, тобто кінетична енергія повинна розсіюватися. Після цього гравітація може докласти достатньо сили, щоб зібрати водневі хмари і сформувати зірку. Таким чином, важливо розуміти та математично описати енергетичний каскад та пов'язані з ним структурні зміни.
Дослідження
Німецько-французька дослідницька група виявила, що кінетична енергія турбулентності переходить у стан спокою у просторі, дуже маленькому в космічних масштабах — в межах від одного до кількох світлових років.
Група також прийшла до нових результатів у математичному методі: раніше турбулентна структура міжзоряного середовища описувалася як самоподібна — або фрактальна. Дослідники виявили, що недостатньо математично описати структуру як єдиний фрактал — самоподібну структуру, відому з множини Мандельброта. Натомість вони додали кілька різних фракталів, так званих мультифракталів.
Таким чином, для детального визначення та відображення структурних змін в астрономічних зображеннях можуть бути використані нові методи. Також можливе їх застосування в інших наукових галузях, таких як дослідження атмосфери.
Німецько-французька програма GENESIS (Генерація структур у міжзоряному середовищі) — це співпраця між Інститутом астрофізики Кельнського університету, Лабораторії астрофізики при Університеті Бордо та Інститутом Geostat/INRIA в Бордо.
У основній публікації журналу Astronomy & Astrophysics (стаття доступна онлайн) дослідницька група представляє нові математичні методи для характеристики турбулентності на прикладі молекулярної хмари Мухи в сузір'ї Мухи.
! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.