Уплотнения, или участки повышенной плотности, — это места, где будут зарождаться новые звёзды. Например, наше Солнце сформировалось 4,6 миллиарда лет назад в уплотнённой части облака, которая сжалась.
«Мы знаем, что основным процессом, определяющим, когда и как быстро образуются звёзды, является турбулентность, поскольку она создаёт структуры, из которых формируются звёзды», — сказал Эван Сканнапико, профессор астрофизики в Университете штата Аризона и ведущий автор исследования. «Наше исследование показывает, как формируются эти структуры».
Гигантские молекулярные облака полны случайных турбулентных движений, вызванных гравитацией, перемешиванием галактическими рукавами и ветрами, струями и взрывами молодых звёзд. Эта турбулентность настолько сильна, что создаёт ударные волны, которые вызывают изменения плотности в облаке.
В симуляции использовались точки, называемые трассирующими частицами, которые перемещались по молекулярному облаку и следовали за материалом. По мере движения частицы фиксировали плотность той части облака, с которой они сталкивались, создавая историю изменения плотности с течением времени. Исследователи, среди которых были Любин Пань из Университета Сунь Ятсена в Китае, Маркус Брюгген из Гамбургского университета в Германии и Эд Буйе II из Колледжа Вассара в Покипси, штат Нью-Йорк, смоделировали восемь сценариев, каждый из которых отличался набором реалистичных свойств облака.
Команда исследователей обнаружила, что ускорение и замедление ударных волн играет важную роль в движении частиц. Ударные волны замедляются, когда попадают в газ с высокой плотностью, и ускоряются, когда попадают в газ с низкой плотностью. Это похоже на то, как океанская волна усиливается, когда попадает на мелководье у берега.
Когда частица сталкивается с ударной волной, область вокруг неё становится более плотной. Но поскольку ударные волны замедляются в плотных областях, как только сгустки становятся достаточно плотными, турбулентные движения не могут сделать их ещё плотнее. В этих наиболее плотных областях с наибольшей вероятностью формируются звёзды.
В то время как другие исследования изучали структуры плотности молекулярных облаков, эта симуляция позволяет учёным увидеть, как эти структуры формируются с течением времени. Это помогает учёным понять, как и где могут зарождаться звёзды.
«Теперь мы можем лучше понять, почему эти структуры выглядят именно так, потому что мы можем проследить их историю», — сказал Сканнапико.
Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» исследует структуру молекулярных облаков. Он также изучает химический состав молекулярных облаков, который зависит от истории газа, смоделированной в ходе симуляции. Новые измерения, подобные этим, помогут нам лучше понять процесс формирования звёзд.
Источник: Science Advances, НАСА
На изображении:
На этом изображении показано распределение плотности в модели турбулентного молекулярного облака.
Дополнительные материалы
