Turbulencija u međuzvjezdanim oblacima plina otkriva multifraktalne strukture

U međuzvjezdanim oblacima prašine, turbulencija se prvo mora raspršiti prije nego što se zvijezda može formirati gravitacijom. Njemačko-francuski istraživački tim sada je otkrio da se kinetička energija turbulencije zaustavlja u prostoru koji je na kosmičkim skalama vrlo mali, u rasponu od jedne do nekoliko svjetlosnih godina. Grupa je takođe došla do novih rezultata u matematičkoj metodi: Ranije je turbulentna struktura međuzvjezdanog medija opisivana kao samoslična—ili fraktalna. Istraživači su otkrili da nije dovoljno matematički opisati strukturu kao jedan fraktal, samosličnu strukturu poznatu iz Mandelbrotovog skupa. Umjesto toga, dodali su nekoliko različitih fraktala, takozvanih multifraktala. Nove metode se stoga mogu koristiti za rješavanje i detaljno predstavljanje strukturnih promjena u astronomskim slikama. Moguća je i primjena u drugim naučnim oblastima kao što su istraživanje atmosfere.

Njemačko-francuski program GENESIS (Generacija struktura u međuzvjezdanom mediju) je saradnja između Instituta za astrofiziku Univerziteta u Kelnu, LAB-a na Univerzitetu Bordeaux i Geostat/INRIA Instituta Bordeaux. U posebnoj publikaciji časopisa Astronomy & Astrophysics, istraživački tim predstavlja nove matematičke metode za karakterizaciju turbulencije koristeći primjer molekularnog oblaka Musca u sazviježđu Musca.

Zvijezde se formiraju u ogromnim međuzvjezdanim oblacima koji se uglavnom sastoje od molekularnog vodonika – energetskog rezervoara svih zvijezda. Ovaj materijal ima malu gustinu, samo nekoliko hiljada do nekoliko desetina hiljada čestica po kubnom centimetru, ali veoma složenu strukturu sa kondenzacijama u obliku 'grudova' i 'filamenata', i na kraju 'jezgri' iz kojih se formiraju zvezde. gravitacionim kolapsom materije.

Prostorna struktura gasa u i oko oblaka određena je mnogim fizičkim procesima, od kojih je jedan od najvažnijih međuzvjezdana turbulencija. Ovo nastaje kada se energija prenosi sa velikih razmjera, kao što su valovi galaktičke gustine ili eksplozije supernove, na manje razmjere. Turbulencija je poznata iz tokova u kojima se tečnost ili gas 'mešaju', ali takođe može formirati vrtloge i pokazati kratke periode haotičnog ponašanja, koji se nazivaju intermitentnost. Međutim, da bi se zvijezda formirala, plin mora stati, tj. kinetička energija se mora raspršiti. Nakon toga, gravitacija može ispoljiti dovoljnu silu da povuče vodonikove oblake zajedno i formira zvezdu. Stoga je važno razumjeti i matematički opisati energetsku kaskadu i povezane strukturne promjene.