Звездообразование — процесс рождения звезд из галактического газа и появления новых элементов, включающий широкий спектр физических процессов и происходящий в широком диапазоне пространственно-временных масштабов.
Оно начинается с гравитационных возмущений, флуктуаций, которые толкают материю друг к другу и вызывают гравитационную неустойчивость.
На участках разной плотности образуются тяжелые ямы, в которые начинает уноситься вещество.
В определенный момент сгусток материи становится настолько плотным, что происходит коллапс и в нем начинаются термоядерные реакции: вокруг этого сгустка и с большой скоростью уже активно вращаются молекулярные облака, состоящие из горячего газа и пыли.
Фото: Саураб Мхатре.
Задайте мне свой вопрос на телеграмма или разговор в наш чат и подпишитесь на мой телеграмм канал об астрофизике и космологии.Наблюдая за несколькими звездными популяциями, ученые смогли определить особенности рождения разных поколений звезд, расширить теорию нуклеосинтеза и точно изучить формирование галактик.
Несмотря на то, что звездообразование является наиболее значимым астрофизическим процессом, он остается наименее изученным.
Зарождающаяся звезда представляет собой сложную архитектуру с облаками переменной плотности, поведение которой пока трудно предсказать.
Поэтому постороннему человеку иногда сложно интуитивно изучить поведение молекулярных облаков протозвезды.
Ученые Калифорнийского университета попытались решить эту проблему, воспроизведя двумерные модели процесса звездообразования в виде трехмерных сфер, напечатанных на 3D-принтере.
С их помощью можно воочию увидеть влияние гравитации, турбулентности, центробежной силы, ударных и приливных волн, давления и радиации газа, а также магнитных полей на рождение звезды.
Изображение молекулярных облаков Ориона Б, полученное космической обсерваторией.
Гершеля в дальнем инфракрасном диапазоне.
Сети длинных тонких нитей, проходящих через облака, сопровождаются яркими протозвездами.
Кредит: ЕКА Все эти параметры в первую очередь зависят от плотности газа в определенный момент времени и ее эволюции.
Для определения доли газа высокой плотности и вообще скорости и эффективности звездообразования необходимо иметь такой параметр, как объемная плотность молекулярного облака.
Объемная плотность определяется на основе наблюдений молекулярных облаков в радио-, субмиллиметровом, ближнем инфракрасном и оптическом диапазонах.
Благодаря обладанию этим параметром нам представляется возможным моделировать процессы, происходящие вокруг протозвезды.
Исследование плоских карт молекулярных облаков позволяет рассчитать их поверхностную плотность и массу, но не объемную плотность, поскольку этот параметр принципиально трехмерен и подвержен наблюдательным неопределенностям из-за упрощенной геометрии наблюдаемых объектов.
Это вносит существенные погрешности в объемную плотность и общий результат. 
Визуализация симуляций (верхний ряд) и их 3D-аналогов (нижний ряд).
Пунктирный кружок на каждом из изображений обозначает границу среза сферического объема диаметром 8 см.
Современное трехмерное моделирование протозвезды и ее окружения включает самогравитацию, турбулентность и влияние магнитных полей на материю и облачную среду в целом.
Полученные модели соответствуют нитям (нитевидным структурам) молекулярных облаков, но этого недостаточно, чтобы объяснить процесс самогравитации и сжатия сверхплотных областей, а главное, как это связано с образованием звезд. Это означает, что нам, несомненно, придется прибегнуть к визуализации 3D-данных, чтобы полностью понять процессы в молекулярных облаках.
Существующие алгоритмы создания 3D-моделей уже широко используются в астрономии, но несут с собой потерю информации и высокий уровень неточности.
В этом случае использование трехмерных моделей можно рассматривать как способ упростить восприятие определенных моделируемых процессов с помощью интуиции и как дополнительный подход к визуализации данных, способный показать скрытые особенности модели.
Команда ученых из Калифорнийского университета, Центра вычислительной астрофизики и Школы инженерных и прикладных наук разработала метод 3D-моделирования на основе восьмибитных полутоновых растровых изображений, который сохраняет все изменения плотности, вызванные исходными астрономическими данными.
Подобные модели позволяют воочию проследить влияние различных факторов на межзвездную среду и протозвезду, используя полимерную сферу размером с теннисный мяч, напечатанную на 3D-принтере.
Однако, как утверждают авторы, форма и размер конечного изделия могут быть любыми — сферу они использовали из эстетических соображений.
Процесс создания моделей на основе астрономических данных.
Параметры моделирования молекулярного облака (A) используются для создания набора трехмерных данных (B), обрезанного до сферического объема и фрагментированного в 8-битные файлы BMP (C).
Значения интенсивности растровых срезов визуализируются (D) и разделяются на белые (белые данные, E) и прозрачные данные (F) 1-битные изображения для 3D-печати.
Полученная сфера изготовлена из прозрачного и белого фотополимеров и показана на (G).
Для создания сфер ученые использовали девять различных сценариев, в которых варьировались различные физические параметры: число Маха, параметры турбулентности и магнитного поля и другие.
Таким образом, полученные модели приобрели непрерывность за счет пространственности – отдельные нити и жгуты выглядят естественно, в отличие от их изображения в двухмерных моделях.
В каждой сфере имеется массивная холодная нить, которая обтекает звезду и постепенно теряет среднюю плотность, подобно урагану.
Все сферы оказались уникальными, с суммой варьирующихся параметров: именно поэтому из-за малого значения турбулентности в одной сфере больше сгустков, больше полостей и меньше нитей, а в другой - наоборот. В свою очередь, эти различия подчеркивают преимущество использования 3D-моделей над 2D-моделями в некоторых случаях.
Фотографии девяти напечатанных 3D-сфер диаметром 8 см каждая.
Более светлый материал соответствует области более высокой плотности, а более темные области сферы представляют собой области низкой плотности и/или пустоты.
Полученный продукт, как говорилось ранее, имеет высокую степень погрешности и не является копией реальных протозвезд, поэтому на данный момент актуален для образовательных целей.
Несмотря на это, данная работа вносит существенный вклад в трехмерную визуализацию астрофизических моделей и в будущем можно ожидать появления новых усовершенствованных алгоритмов создания точных копий небесных объектов, например, по мнению авторов, облака Ориона, о котором мы накопили большой объем данных.
Оригинальное исследование было опубликовано в Письма астрофизического журнала, Vol. 918 ( arXiv:2108.00014 ).
Задавайте вопросы и оставляйте предложения в комментариях.
Более подробную информацию вы найдете в телеграмм канал об астрофизике, космологии и астрофотографии.
Напишите мне в ВЕЧЕРА или наш чат .
Теги: #астрономия #3D-принтеры #3d-печать #3d-моделирование #астрофизика #звездообразование #протозвезда #нуклеосинтез
-
Создайте Свой Собственный Блог
19 Oct, 24 -
Crm 2020
19 Oct, 24 -
Textmate 2 Стал Открытым Исходным Кодом
19 Oct, 24 -
Каталог Брендов За 250$ (С Доменами .Com)
19 Oct, 24
