Új modell a csillagközi közeg szerkezetére: multifraktál a legújabb hívószó

4900

Új matematikai módszerrel írta le egy nemzetközi kutatócsoport a csillagközi közeg komplex szerkezetét. Az eredményeket közlő szakcikk az Astronomy and Astrophysics című szaklapban jelent meg.

A csillagközi porfelhőkben először meg kell szűnnie a turbulenciának, mielőtt egy csillag a gravitáció hatására kialakulhatna. Egy német–francia kutatócsoport felfedezte, hogy a turbulencia mozgási energiája egy olyan térben oszlik el, amely kozmikus léptékkel mérve nagyon kicsinek számít, hiszen legfeljebb néhány fényévnyi kiterjedésű. A kutatók matematikai értelemben is új eredményekre jutottak: a csillagközi közeg turbulens szerkezetét korábban önhasonlónak – vagyis fraktálnak írták le. Rájöttek azonban, hogy a szerkezetet nem elég egyetlen fraktálként, egy olyan önhasonló struktúraként leírni, amelyet a Mandelbrot-halmaznál ismerünk. Ehelyett több különböző fraktált, úgynevezett multifraktálokat használtak. Az új módszerek a csillagászati képeken látható alakzatok felfedésére és bemutatására is alkalmasak, de más területen, például a légkörkutatásban is hasznosak lehetnek.

A német–francia GENESIS program keretében folytatott kutatást ismertető tanulmányban a kutatók új matematikai módszerekkel jellemezték a turbulenciát a Musca (Légy) csillagképben látható Musca molekuláris felhőben.

Az ESA Herschel és Planck űrtávcsövének adataiból összeállított felvétel a Musca molekuláris felhőről. (Forrás: ESA)

A csillagok hatalmas csillagközi felhőkben alakulnak ki, amelyek főként molekuláris hidrogénből állnak – vagyis energiatározók a csillagok számára. Ez az anyag alacsony sűrűségű, csupán néhány ezer, legfeljebb néhány tízezer részecskét tartalmaz köbcentiméterenként, de szerkezete rendkívül összetett: „csomók” és „szálak” formájában sűrűsödik, amelyekből az anyag gravitációs összeomlása révén csillagok magjai képződnek.

A felhőkben és azok környezetében lévő gáz térbeli struktúráját sokféle fizikai folyamat határozza meg, melyek közül a legfontosabb a csillagközi turbulencia. Akkor jön létre, amikor az energia nagy mérettartományokból kicsikbe transzformálódik, például a galaktikus sűrűséghullámok terjedésekor vagy szupernóva-robbanások esetében. A turbulencia jelenségét legtöbben az áramlásokkal kapcsolatban ismerik, amikor egy folyadék vagy gáz „megkeveredik”, de örvényeket is létrehozhat, és rövid ideig tartó kaotikus viselkedést is okozhat, amit intermittenciának nevezünk. Ahhoz azonban, hogy egy csillag kialakuljon, a gáznak meg kell nyugodnia, vagyis a mozgási energiának el kell oszlania. Ezt követően a gravitáció össze tudja húzni a hidrogénfelhőket, és ki tud alakulni egy csillag.

A kutatók azt találták, hogy a Musca-felhőben olyan szubrégiók találhatók, amelyek különböző multifraktális jellegzetességekkel bírnak. A kutatás eredményei olyan alapvető eszközökkel szolgálnak, amelyeket a későbbiekben más galaktikus felhők vizsgálatakor, valamint számítógépes modellekben is felhasználhatnak.

Forrás: Science Daily

Hozzászólás

hozzászólás