Wietrzny dzień w Drodze Mlecznej
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 nadal 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 np. typu O lub B, wydmuchują bąble w otaczający go zimny gaz, wypychając go na zewnątrz i pozostawiając pustkę. Są one podobne do bąbli, które obserwujemy na Ziemi, stworzone przez powietrze wepchnięte do innego ośrodka. W przypadku pęcherzy wiatru gwiazdowego „powietrze” jest materią gorącego wiatru gwiazdowego. Gdy w gromadzie gwiazd znajdują się masywne gwiazdy, ich bąble mają tendencję do nakładania się na siebie i tworzenia „superbąbla”. Jednym z niesamowitych jego przykładów jest Gromada Mgławicy w Orionie. Autorzy artykułu przeprowadzają symulacje, które z grubsza naśladują gwiezdny profil Gromady Mgławicy w Orionie i oni także odkrywają, że powstał duży superbąbel.
W tych symulacjach najmasywniejsze gwiazdy z dużą prędkością wyrzucają gorący gaz, który wypełnia superbąbel, i wypychają go na zewnątrz do chłodniejszego gazu. Ta ekspansja tworzy grubą powłokę o średniej temperaturze. Ponieważ powłoka ta jest gęstsza 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 powłoki pojawiają się turbulentne niestabilności.
Ciekawym wynikiem tych symulacji jest różnorodność prędkości, z jakimi porusza się gaz. Okazuje się, że powłoka bąbla porusza się z prędkością większą niż jeden Mach jako szok naddźwiękowy, który wciska się w otaczającą materię. Jednak gaz wewnętrzny jest praktycznie całkowicie poddźwiękowy i podlega silnym fluktuacjom prędkości w całym bąblu. Innymi słowy, chociaż wiatry wywołują naddźwiękowy szok, powodują poddźwiękowe turbulencje wewnątrz bąbla.
Aby upewnić się, że gorący gaz wewnątrz bąbla jest rzeczywiście burzliwy, autorzy wybrali statystykę znaną jako widmo mocy, która pozwala im zobaczyć, jak energia przechodzi od dużych do małych skal w symulacjach. Typowe oczekiwane widmo mocy dla turbulencji poddźwiękowych to prawo mocy o nachyleniu -5/3 (znane jako turbulencja Kołmogorowa). Autorzy odkryli, że w miarę upływu czasu ich symulacja z grubsza zbliża się do tego, co wskazuje, 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 np. powstawanie gwiazd. Dzięki takim symulacjom astronomowie mogą lepiej zrozumieć, dlaczego gaz w galaktykach zachowuje się tak, jak się zachowuje i jak może tworzyć nowe gwiazdy, układy słoneczne, a nawet nas samych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
