В России смоделировали столкновение ударной волны и "звездной колыбели"
Математик из МГУ имени Ломоносова совместно с коллегой из Тверского государственного техуниверситета смоделировал образование нитевидных скоплений вещества - филаментов - при столкновении ударной волны с молекулярными облаками, также известными как "звездные колыбели", в межзвездной среде, результаты исследования опубликованы в журнале Computers and Fluids.
Как образуются звезды
Работа поможет ученым лучше понять, как образуются звезды и звездные системы. Авторы исследования рассматривали ситуацию, когда ударная волна от взрыва сверхновой доходит до молекулярных облаков - межзвездных скоплений вещества с большой плотностью.
"Гигантские молекулярные облака также известны как "звездные колыбели", так как в них образуются новые звезды. 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", - отмечается в исследовании.
Ученые предложили модель, описывающую образование завихрения вещества и филаментов после прохождения ударной волны. Они рассмотрели влияние распределения плотности по радиусу и формы облаков на процесс взаимодействия ударной волны c молекулярными облаками, возникновение и перераспределение потоков вещества, образование филаментов и, как результат, формирование областей большой плотности.
Математическое моделирование
"Для проведения расчетов была написана, отлажена и протестирована трехмерная программа, которая позволяет осуществлять математическое моделирование процессов ударного взаимодействия молекулярных облаков и возможное образование новых звезд и звездных систем", - отметил профессор механико-математического факультета МГУ Борис Рыбакин, слова которого приводит журнал.
От созданных ранее эту модель отличает высокое разрешение: она включает более четырех миллиардов вычислительных узлов. Чтобы сократить время обработки большого объема данных, ученые используют параллельные вычисления: работа с различными группами данных ведется одновременно и независимо, уточняется в исследовании.
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.
"Данные, полученные в последнее время, показывают, что процесс звездообразования в нашей галактике замедляется. В год образуется несколько звезд, несмотря на то, что "вещества" хватает на возникновение нескольких сотен звезд. С другой стороны, недавно открыты галактики, в которых процесс звездообразования очень интенсивен", - заключил Рыбакин.
