该图像显示了湍流分子云模拟中的密度分布。
美国宇航局/E。 Scannapieco 等人 (2024)
在飞机上，小尺度和大尺度的空气运动都会产生湍流，这可能会导致飞行颠簸。更大规模的湍流对于恒星如何在遍布银河系的巨型分子云中形成非常重要。
在《科学进展》杂志上的项由美国宇航局资助的新研究中，科学家们创建了模拟来探索湍流如何与云的密度相互作用。肿块或密度块是新恒星诞生的地方。例如，我们的太阳于 46 亿年前形成于塌陷的云团的块状部分中。
该研究的主要作者、亚利桑那州立大学天体物理学教授埃文·斯坎纳皮科 (Evan Scannapieco) 表示：“我们知道，决定恒星形成时间和速度的主要过程是湍流，因为它会产生形成恒星的结构。” “我们的研究揭示了这些结构是如何形成的。”
巨大的分子云充满了随机的湍流运动，这些运动是由引力、银河臂的搅拌以及年轻恒星的风、喷流和爆炸引起的。这种湍流非常强烈，以至于会产生冲击，从而驱动云中的密度变化。
模拟使用称为示踪粒子的点来穿过分子云并与材料一起移动。当粒子移动时，它们会记录它们遇到的云部分的密度，从而建立密度随时间变化的历史记录。研究人员还包括中国中山大学的 Liubin Pan、德国汉堡大学的 Marcus Brüggen 和纽约波基普西瓦萨学院的 Ed Buie II，他们模拟了八个场景，每个场景都有一组不同的现实场景云属性。
研究小组发现，冲击的加速和减慢在粒子的路径中起着至关重要的作用。 当冲击进入高密度气体时，冲击会减慢；当冲击进入低密度气体时，冲击会加速。这类似于海浪撞击海岸浅水时增强的方式。
当粒子撞击冲击波时，其周围的区域会变得更加致密。但由于密集区域的冲击速度会减慢，一旦团块变得足够密集，湍流运动就无法使它们变得更密集。这些块状的高密度区域是恒星最有可能形成的地方。
虽然其他研究已经探索了分子云密度结构，但这种模拟使科学家能够了解这些结构如何随着时间的推移而形成。这有助于科学家了解恒星可能诞生的方式和地点。
“现在我们可以更好地理解为什么这些结构看起来像它们的样子，因为我们能够追踪它们的历史，”斯坎纳皮科说。
该图显示了分子云模拟的一部分。颜色代表密度，深蓝色表示最不密集的区域，红色表示最密集的区域。由黑点表示的示踪粒子穿过模拟云。通过研究它们如何与冲击和密度区域相互作用，科学家可以更好地了解导致恒星形成的分子云结构。
美国宇航局/E。 Scannapieco 等人 (2024)
美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜正在探索分子云的结构。它还正在探索分子云的化学性质，这取决于模拟中模拟的气体的历史。像这样的新测量将有助于我们了解恒星形成。
