A csillagközi gázfelhők turbulenciája több fraktálból álló struktúrákat tár fel

A csillagközi porfelhőkben a turbulenciának először fel kell oszlana, mielőtt a gravitáció révén csillag keletkezhet. Egy német-francia kutatócsoport most fedezte fel, hogy a turbulencia kinetikus energiája egy olyan térben nyugszik, amely kozmikus léptékben nagyon kicsi, egytől több fényévig terjed. A csoport a matematikai módszerrel is új eredményekre jutott: Korábban a csillagközi közeg turbulens szerkezetét önhasonlónak vagy fraktálnak írták le. A kutatók azt találták, hogy nem elég a szerkezetet matematikailag egyetlen fraktálként leírni, a Mandelbrot-halmazból ismert önmagához hasonló szerkezetként. Ehelyett több különböző fraktált, úgynevezett multifraktált adtak hozzá. Az új módszerek így a csillagászati képek szerkezeti változásainak részletes feloldására és ábrázolására használhatók. Alkalmazások más tudományos területeken is lehetségesek, mint például a légkörkutatás.

A német-francia program GENESIS (Struktúrák generálása a csillagközi közegben) a Kölni Egyetem Asztrofizikai Intézete, a Bordeaux-i Egyetem LAB és a Geostat/INRIA Institute Bordeaux együttműködése. Az Astronomy & Astrophysics folyóirat kiemelt publikációjában a kutatócsoport bemutatja a turbulencia jellemzésére szolgáló új matematikai módszereket a Musca csillagképben található Musca molekulafelhő példáján keresztül.

A csillagok hatalmas csillagközi felhőkben jönnek létre, amelyek főként molekuláris hidrogénből állnak – ez az összes csillag energiatárolója. Ennek az anyagnak kicsi a sűrűsége, mindössze néhány ezer-több tízezer részecske köbcentiméterenként, de nagyon összetett szerkezetű, „csomók” és „szálak” formájában kondenzálódik, és végül „magok”, amelyekből csillagok képződnek. az anyag gravitációs összeomlásával.

A felhőkben és azok körüli gáz térszerkezetét számos fizikai folyamat határozza meg, amelyek közül az egyik legfontosabb a csillagközi turbulencia. Ez akkor keletkezik, amikor az energia nagy léptékekből, például galaktikus sűrűséghullámokból vagy szupernóva-robbanásokból kisebb léptékekre kerül át. A turbulenciát azokból az áramlásokból ismerjük, amelyekben egy folyadék vagy gáz „keveredik”, de örvényeket is képezhet, és rövid ideig tartó kaotikus viselkedést mutathat, amelyet szakaszosnak neveznek. A csillag kialakulásához azonban a gáznak meg kell nyugodnia, azaz a mozgási energiának el kell oszlana. Ezt követően a gravitáció elegendő erőt tud kifejteni ahhoz, hogy összehúzza a hidrogénfelhőket és csillagot alkosson. Ezért fontos megérteni és matematikailag leírni az energiakaszkádot és a kapcsolódó szerkezeti változást.