Описано столкновение ударной волны и «звездной колыбели»
Трехмерная модель процесса образования филаментов в ходе столкновения ударной волны с облаками в межзвездной среде
© Valery Goryachev/Boris Rybakin
Математики смоделировали образование нитевидных скоплений вещества — филаментов — при столкновении ударной волны с облаками в межзвездной среде. Работа поможет ученым лучше понять, как образуются звезды и звездные системы. Результаты исследования российских ученых из МГУ имени М.В. Ломоносова и Тверского государственного технического университета опубликованы в журнале Computers and Fluids.
Авторы работы рассматривали ситуацию, когда ударная волна от взрыва сверхновой доходит до молекулярных облаков — межзвездных скоплений вещества относительно большой плотности. Их называют «звездными колыбелями», поскольку там происходит процесс звездообразования. Ударная волна перемещается со сверхзвуковой скоростью и изменяет структуру облака, образует области с высокой и низкой плотностью и нитевидные структуры — филаменты. Вместе с тем столкновение порождает потоки вещества и искривляет их траектории, вызывая завихрения на внешних границах облака. Это явление известно как неустойчивость Рихтмайера — Мешкова. Тот факт, что несколько сложных процессов идут параллельно, затрудняет моделирование столкновения.
Ученые предложили модель, которая описывает образование завихрения вещества и филаментов после прохождения ударной волны. Они рассмотрели, как распределение плотности по радиусу и форма облаков влияет на процесс взаимодействия с ними ударной волны, возникновение и перераспределение потоков вещества, образование филаментов и, как результат, формирование областей большой плотности. От более ранних моделей эту отличает высокое разрешение: она включает более 4 миллиардов вычислительных узлов. Чтобы сократить время обработки большого объема данных, ученые используют параллельные вычисления: работа с различными группами данных ведется одновременно и независимо.
«Мы разработали и отладили программу для трехмерных вычислений, — рассказал один из авторов статьи Борис Рыбакин из МГУ. — Ее применяли для того, чтобы математическими методами изучать процессы взаимодействия в молекулярных облаках, приводящих к формированию новых звездных систем».
Моделирование показало, что формирование филаментов и неравномерность распределения плотности зависят в первую очередь от сжатия вещества облака под действием ударной волны. Оно также позволило выделить три фазы столкновения ударной волны с облаком. На первом этапе за фронтом волны образуются вихревые структуры. На втором происходит дальнейшее распространение ударной волны и возникновение неустойчивости Рихтмайера—Мешкова, потоки вещества на границах облака ускоряются. На последнем этапе в областях с высокой плотностью возникают зародыши филаментов и формируются очень плотные протоядра — зародыши будущих звезд.
Авторы статьи рассчитывают, что продолжение работы с моделью и ее совершенствование помогут понять, как в плотных областях молекулярных облаков образуются новые звезды и звездные системы.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.