Астрономы создали первые 3D-печатные звездные ясли

Теперь исследователи могут держать в своих руках звездные ясли благодаря 3D-печати, раскрывая особенности, которые часто скрыты в традиционных визуализации и анимации.

Об этом рассказывают в Калифорнийском университете в Санта-Круз (UCSC).

Астрономы не могут коснуться звезд, которые они изучают, но астрофизик Ния Имара использует трехмерные модели, помещающиеся в ее ладони, чтобы раскрыть структурные сложности звездных яслей – огромных облаков газа и пыли, где происходит звездообразование.

Имара с сотрудниками создала модели, используя данные симуляций звездообразующих облаков и сложный процесс 3D-печати, в котором тонкомасштабные плотности и градиенты турбулентных облаков встраиваются в прозрачную смолу. Полученные модели – первые трехмерные печатные звездные ясли – представляют собой очень отполированные сферы размером с бейсбольный мяч (диаметром 8 сантиметров), в которых звездообразующий материал выглядит как закрученные сгустки и филаменты.

"Мы хотели, чтобы интерактивный объект помог нам визуализировать те структуры, где образуются звезды, чтобы мы могли лучше понять физические процессы", - сказала Имара, доцент кафедры астрономии и астрофизики в UCSC и первый автор статьи, которая описывает этот новый подход, опубликованной 25 августа в Astrophysical Journal Letters.

Художник, а также астрофизик, Имара говорит, что эта идея является примером того, как наука подражает искусству. "Много лет назад я нарисовала свой портрет, на котором я касаюсь звезд. Позже эта идея просто выскочила. Формирование звезд в молекулярных облаках – это сфера моей компетенции, то почему бы не попробовать создать одну?", - сказала она.

Она работала с соавтором Джоном Форбсом из Центра вычислительной астрофизики Института Флатирон над разработкой набора из девяти симуляций, представляющих различные физические условия в молекулярных облаках. В сотрудничестве также участвовал соавтор Джеймс Вивера из Школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета, который помог превратить данные астрономических симуляций в физические объекты с помощью 3D-печати с высоким разрешением и фотореалистичностью из нескольких материалов.

Результаты поражают как визуально, так и с научной точки зрения. "Просто эстетически на них действительно удивительно смотреть, и тогда ты начинаешь замечать сложные структуры, которые чрезвычайно трудно увидеть с помощью обычных приемов визуализации этих симуляций", - сказал Форбс.

Например, похожие на лист или блин структуры трудно различить в двумерных срезах или проекциях, поскольку срез листа выглядит как филамент.

Новости по подобной теме:

		Три "красных монстра" в ранней Вселенной бросают вызов современным моделям формирования галактик
		"Уэбб" стал свидетелем, как черная дыра "морит голодом" свою галактику
		"Уэбб" заглянул в отдаленные уголки нашей галактики

"Внутри сфер можно четко увидеть двумерный лист, а внутри него есть небольшие филаменты, и это поражает воображение с точки зрения того, кто пытается понять, что происходит в этих симуляциях", - сказал Форбс.

По словам Имар, модели также показывают структуры, которые являются более непрерывными, чем это выглядело бы в двумерных проекциях. "Если у вас есть что-то извивающееся в космосе, вы могли бы не осознавать, что две области соединены одной и той же структурой, поэтому наличие интерактивного объекта, который можно вращать в руке, позволяет нам легче выявлять эти непрерывности" , - сказала она.

Девять симуляций, на которых основываются модели, были разработаны для исследования влияния трех фундаментальных физических процессов, управляющих эволюцией молекулярных облаков: турбулентности, гравитации и магнитного поля. Изменяя различные переменные, такие как сила магнитных полей или скорость движения газа, симуляции показывают, как различные физические среды влияют на морфологию подструктур, связанных со звездообразованием.

Звезды, как правило, образуются в сгустках и ядрах, расположенных на пересечении филаментов, где плотность газа и пыли становится достаточно высокой, чтобы гравитация взяла вверх. "Мы считаем, что спины этих новорожденных звезд будут зависеть от структур, в которых они образуются – звезды в одном из филаментов будут "знать" о спинах друг друга", - сказала Имара.

С помощью физических моделей не нужно быть астрофизиком, который разбирается в этих процессах, чтобы увидеть различия между симуляция. "Когда я смотрел на двумерные проекции данных симуляций, часто было сложно увидеть их тонкие различия, тогда как с 3D-печатными моделями это было очевидно", - сказал Вивер, который имеет опыт работы в биологии и материаловедении и регулярно использует 3D-принтер для исследования структурных деталей широкого спектра биологических и синтетических материалов.

"Я очень заинтересован в изучении взаимодействия между наукой, искусством и образованием, и я восхищен использованием 3D-печати как инструмента для презентации сложных структур и процессов в легкой, понятной форме", - сказал Вивер. "Традиционный 3D-принтер на основе экструзии может создавать только твердые предметы со сплошной внешней поверхностью, и это проблематично при попытке изобразить газы, облака или другие диффузные формы. Наш подход использует процесс струйной 3D-печати для нанесения крошечных отдельных капель непрозрачной смолы в четкие места внутри окружающего объема прозрачной смолы, чтобы определить форму облака в тончайших деталях".

Он отметил, что в будущем в модели также можно будет включить дополнительную информацию посредством использования различных цветов для повышения их научной ценности. Исследователи также заинтересованы в изучении использования 3D-печати для представления наблюдательных данных из соседних молекулярных облаков, таких как данные о облаках в созвездии Ориона.

Модели также могут служить ценными инструментами для образования и работы с общественностью, сказала Имара, планирующая использовать их в курсе астрофизики, который она будет преподавать этой осенью.

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

• Звездообразование в галактиках