Ricerche dell'Istituto Astronomico Sternberg, Lomonosov Università statale di Mosca, hanno concentrato i loro sforzi su uno dei maggiori problemi teorici della moderna fluidodinamica astrofisica, che è la stabilità del flusso di taglio kepleriano di liquido o gas. I risultati sono disponibili in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society rivista.
Il flusso kepleriano è onnipresente nello spazio. Appare in accrescimento e dischi protoplanetari, dove il fluido ruota in modo differenziale in modo che la sua velocità angolare diminuisca inversamente alla distanza dall'asse di rotazione alla potenza delle tre metà.
Il dottor Viacheslav Zhuravlev della Lomonosov Moscow State University e l'autore dell'articolo afferma:"Numerose osservazioni rivelano che sia l'accrescimento che i dischi protoplanetari sono in uno stato turbolento. Tuttavia, nessuno è riuscito finora a modellare o simulare in condizioni di laboratorio il turbolento flusso kepleriano di materia non ionizzata. In altre parole, a differenza degli altri flussi di taglio noti, Il flusso kepleriano manifesta una straordinaria stabilità dinamica non lineare. Ad oggi, questa stabilità è stata verificata fino al numero di Reynolds di diversi milioni. Però, in veri dischi astrofisici, il numero di Reynolds può arrivare a decine di miliardi."
Nel progetto, gli autori suppongono che il flusso kepleriano entri in uno stato turbolento al numero di Reynolds non ancora raggiunto nella ricerca. Poiché la turbolenza non può esistere in assenza di crescenti perturbazioni di velocità e pressione, considerano in dettaglio quanto può essere grande il fattore di crescita delle perturbazioni in crescita transitoria. In genere, tali perturbazioni sorgono sotto forma di spirali che vengono svolte dalla rotazione differenziale del flusso di massa.
Viacheslav Zhuravlev dice, "Siamo riusciti a dimostrare per la prima volta che tali perturbazioni sono in grado di sostenere la turbolenza anche su scale significativamente superiori allo spessore del disco. Inoltre, prevediamo un valore del numero di Reynolds corrispondente alla transizione alla turbolenza sia nei flussi kepleriani che super-kepleriani."
I ricercatori hanno risolto le equazioni di Navier-Stokes linearizzate sia numericamente che analiticamente. Inoltre, per la prima volta nella letteratura scientifica astrofisica, hanno impiegato un cosiddetto approccio variazionale per determinare le perturbazioni ottimali che dimostrano la massima crescita possibile dell'ampiezza.
Lo scienziato riassume:"Effettueremo una serie di speciali simulazioni al computer, che aiuterà a rivelare un meccanismo esatto della stabilizzazione del flusso di taglio nella situazione del modello, quando il profilo di velocità angolare evolve da un tipo cosiddetto ciclonico al tipo kepleriano. A sua volta, ciò contribuirà a una migliore comprensione del comportamento del flusso kepleriano e dell'evoluzione delle perturbazioni di ampiezza finita in esso. Crediamo che la scoperta dell'instabilità idrodinamica non lineare del flusso kepleriano sia quasi a portata di mano. Infatti, è direttamente correlato alla spiegazione dell'esistenza stessa di accrescimento e dischi protoplanetari e, di conseguenza, all'emergere di molti altri oggetti nell'universo."
