Wiadomo, że duża część gazu w galaktykach jest burzliwa, ale mechanizmy, które rozwinęły i utrzymują tę turbulencję, nadal są poznawane. Chociaż wciąż nie znamy wszystkich fizycznych szczegółów stojących za turbulencjami, dużo czasu i wysiłku poświęcono na zidentyfikowanie parametrów statycznych określających turbulentność gazu.
Turbulencje, czyli chaotyczne zmiany ciśnienia i prędkości pyłu, to jedna z największych tajemnic fizyki klasycznej. Wiadomo, że duża część gazu w galaktykach jest burzliwa, ale mechanizmy, które rozwinęły i utrzymują tę turbulencję, nadal są poznawane. Chociaż wciąż nie znamy wszystkich fizycznych szczegółów stojących za turbulencjami, dużo czasu i wysiłku poświęcono na zidentyfikowanie statystyk, które mogą nam powiedzieć, czy gaz jest burzliwy, czy nie. Innymi słowy, wiemy, jak wyglądają turbulencje, nawet jeżeli nie znamy wszystkich szczegółów ich działania. W nowej pracy naukowcy badają, w jaki sposób wiatry gwiazdowe z gromad gwiazd mogą wywoływać takie turbulencje.
Wiatry gwiazdowe, szczególnie te pochodzące od masywnych gwiazd, na przykład typu O lub B, wydmuchują bąble w otaczający je zimny gaz, wypychając go na zewnątrz i pozostawiając pustkę. Są one podobne do bąbli, które obserwujemy na Ziemi, generowanych przez powietrze wepchnięte do innego ośrodka. W przypadku pęcherzy wiatru gwiazdowego rolę powietrza pełni materia wiatru gwiazdowego. Gdy w gromadzie gwiazd znajdują się masywne gwiazdy, ich bąble mają tendencję do nakładania się na siebie i tworzenia „superbąbla”. Autorzy artykułu prowadzą symulacje, które z grubsza naśladują gwiezdny profil gromady Mgławicy Oriona i wskazują na powstanie właśnie takiego gazowego superbąbla.
W tych symulacjach najmasywniejsze gwiazdy z dużą prędkością wyrzucają gorący gaz, który wypełnia superbąbel, i wypychają go na zewnątrz do obszaru chłodniejszego gazu. Podczas tej ekspansji powstaje gruba otoczka o pośredniej temperaturze. Ponieważ otoczka ma większą gęstość niż centralny gorący gaz, jest w stanie ochłodzić się szybciej i pozostać znacznie chłodniejsza niż wnętrze superbąbla. W miarę jak symulacja postępuje, w gorącym gazie wewnątrz otoczki pojawiają się turbulencje.
Ciekawym wynikiem tych symulacji jest zróżnicowanie prędkości gazu. Okazuje się, że gaz w otoczce bąbla porusza się jako szok ponaddźwiękowy (Ma > 1,05), który wciska się w otaczającą materię. Jednak gaz wewnętrzny praktycznie całkowicie porusza się z prędkością poddźwiękową i podlega silnym fluktuacjom w całej objętości bąbla. Innymi słowy, chociaż wiatry gazu otoczki wywołują szok ponaddźwiękowy, turbulencje wewnątrz bąbla mają prędkość poddźwiękową.
Aby upewnić się, że gorący gaz wewnątrz bąbla jest rzeczywiście turbulentny, autorzy wybrali widmo mocy jako parametr statystyczny, pozwalający opisać przepływ energii od dużych do małych skal w symulacjach. Autorzy odkryli, że w miarę upływu czasu ich symulacja z grubsza zbliża się do wartości charakterystycznych dla turbulencji zgodnych z prawem Kołmogorowa. Oznacza to, że w rzeczywistości wiatry gwiazdowe powodują głównie turbulencje poddźwiękowe.
Jest to ekscytujący wynik, który wskazuje, że gromady gwiazd mogą odgrywać znaczącą rolę w napędzaniu i utrzymywaniu turbulencji w galaktykach. Modelowanie turbulencji ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia wielu procesów w ewolucji galaktyk, takich jak na przykład powstawanie gwiazd. Dzięki takim symulacjom astronomowie mogą lepiej zrozumieć genezę zachowania gazu w galaktykach i sposobu, w jaki może on tworzyć nowe gwiazdy, układy planetarne, a nawet nas samych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
A Windy Day in the Milky Way
Winds in Star Clusters Drive Kolmogorov Turbulence
Źródło: AAS
Na ilustracji: Gromada Mgławicy w Orionie. Źródło: ESO/G. Beccari.
