Kosmiczny dojazdy do gwiazd i powstawania planet

Aby lepiej zrozumieć ten proces, zespół astronomów kierowany przez Jonathana Henshaw w Instytucie Maxa Plancka Astronomii (MPIA) zmierzyli ruch gazem płynącym z łusek galaktyk aż do łuski kępy gazowych, w którym poszczególne gwiazdy formie. Ich wyniki pokazują, że gaz płynący każdej skali jest dynamicznie połączone: podczas gdy gwiazda i planeta formacja wystąpi na najmniejszych skalach, proces ten jest kontrolowany przez kaskadę przepływów materii, które zaczynają się na skalach galaktycznych. Wyniki te zostały opublikowane dzisiaj w czasopiśmie naukowym Nature astronomii.

Gaz cząsteczkowej galaktyki jest wprawiana w ruch poprzez mechanizmy fizyczne takie jak galaktycznej obrotu, wybuchy supernowych, pola magnetyczne, turbulencji i grawitacji, ukształtowanie struktury gazu. Zrozumienie, jak te ruchy bezpośrednio wpływać na gwiazdę i powstawania planet jest trudne, ponieważ wymaga ilościowego ruch gazu na ogromnym zakresie w skali przestrzennej, a następnie łącząc ten ruch do fizycznej struktury obserwujemy. Nowoczesne obiekty astrofizyczne teraz rutynowo map dużych obszarów nieba, z niektórych mapach zawierających miliony pikseli, każdy z setek tysięcy niezależnych pomiarów prędkości. W rezultacie pomiaru tych ruchów jest zarówno naukowo i technicznie trudne.

W celu rozwiązania tych problemów, międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez Jonathana Henshaw w MPIA w Heidelbergu określone do pomiaru ruchów gazu w całym szeregu różnych środowisk korzystających obserwacje gazu w Drodze Mlecznej i pobliskiej galaktyce. umożliwiają one wykrywanie tych ruchów przez pomiar zauważalna zmiana częstotliwości emitowanego światła cząsteczek spowodowane przez ruch względny pomiędzy źródłem światła i obserwatora; zjawisko zwane jest efektem Dopplera. Dzięki zastosowaniu nowego oprogramowania zaprojektowanego przez Henshaw i Ph.D. Student Manuel Riener (współautor na papierze; również w MPIA), zespół był w stanie analizować miliony pomiarów. „Metoda ta pozwoliła nam na wizualizację ośrodka międzygwiazdowego w nowy sposób”, mówi Henshaw.

Naukowcy odkryli, że ruchy gazu molekularnego zimne wydają się wahać w prędkości, przypominający wyglądem fal na powierzchni oceanu. Wahania te reprezentują ruch gazu. „Wahania sami nie były szczególnie zaskakujące, wiemy, że gaz jest w ruchu”, mówi Henshaw. Steve Longmore, współautor artykułu, opartego na Liverpool John Moores University, dodaje: „Co nas zaskoczyło to, jak pojawiła się podobna struktura prędkość tych różnych regionach. To nie miało znaczenia, czy szukaliśmy w całej galaktyce lub indywidualny chmura wewnątrz naszej galaktyki, struktura jest mniej więcej taka sama.”

Aby lepiej zrozumieć naturę przepływa gaz, zespół wybiera się kilka regionów dla dokładnego zbadania, przy użyciu zaawansowanych technik statystycznych szukać różnic między wahaniami. Przez połączenie wielu różnych pomiarów Badacze byli w stanie określić, jak wahania prędkości zależy od skali przestrzennej.

„Schludny cechą naszych technik analizy jest to, że są one wrażliwe na okresowości” wyjaśnia Henshaw. „Jeśli nie są powtarzalne wzory w danych, takich jak równo rozmieszczonych olbrzymich obłoków molekularnych wzdłuż spiralnych ramion, można bezpośrednio określić skalę, na którym powtarza się wzór”. Zespół zidentyfikował trzy włókienkowe pasy gazów, które, mimo śledzenie bardzo różne skale, wszystko wydawało się pokazać strukturę, która została brutalnie rozmieszczone w równych odstępach wzdłuż ich grzbietów, jak paciorki na sznurku, czy to było olbrzymie obłoki molekularne wzdłuż spiralnego ramienia lub malutki „rdzeni "formowanie gwiazd along żarnika.

Zespół odkrył, że wahania prędkości związane z równoodległe konstrukcji wszystkie wykazywały charakterystyczny wzór. „Wahania wyglądać fal oscylujących wzdłuż grzbietów włókien, mają dobrze określoną amplitudę i długość fali,” mówi Henshawa dodając „okresowym odstępie olbrzymich obłoków molekularnych prowadzonym na dużą skalę lub poszczególnych gwiazdy formowanie rdzeni na małych -scales jest prawdopodobnie wynikiem ich włókien macierzystych staje się niestabilny grawitacyjnie. Wierzymy, że te strumienie są oscylacyjne podpis gazu strumieniowego wzdłuż ramion spiralnych lub zbieżnej w kierunku szczytów gęstości, dostarczając nowe paliwo dla formowania się gwiazd.”

W przeciwieństwie do tego, zespół stwierdził, że wahania prędkości mierzone przez olbrzymich obłoków molekularnych, na wadze średnio od całych chmury i małe rdzenie w nich, nie wykazują żadnych oczywistych cech skali. Diederik Kruijssen, współautor artykułu opartego na Uniwersytecie w Heidelbergu wyjaśnia: „gęstości i prędkości struktury, które widzimy w olbrzymich obłoków molekularnych są«scale-free», ponieważ gaz turbulentne przepływy generowania te struktury tworzą chaotyczną kaskadę, odsłaniając coraz mniejsze wahania, jak powiększanie, podobnie jak brokuły romanesco, lub śniegu skala ta wolna zachowanie ma miejsce pomiędzy dwoma dobrze zdefiniowanymi skrajności. na dużą skalę całego obłoku, i małą skalę rdzeni tworzących poszczególne gwiazdy. teraz okaże się, że te skrajności są dobrze zdefiniowane rozmiary charakterystyczne, ale pomiędzy nimi zasad chaos.”

„Picture gigantyczne obłoki molekularne jak równo rozmieszczonych mega-miast połączonych drogami”, mówi Henshaw. „Z ptaków oka widok, struktury tych miast, a samochody i osób przemieszczających się przez nich, pojawia się chaotyczne i nieuporządkowane. Jednak, kiedy powiększyć poszczególnych dróg, widzimy ludzi, którzy przyjechali z daleka wprowadzania ich indywidualne biurowce w sposób uporządkowany. budynki biurowe stanowią gęsty i zimny gaz rdzenie, z których rodzą się gwiazdy i planety.”

źródło Max-Planck-Gesellschaft. "The cosmic commute towards star and planet formation." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200707113250.htm>.