Un matematico della MSU insieme a un collega russo ha modellato la formazione di filamenti (conglomerati di materia filiformi) dopo la collisione di un'onda d'urto con nuvole molecolari nello spazio interstellare. Il lavoro aiuterà gli scienziati a comprendere meglio la nascita delle stelle e dei sistemi stellari. I risultati dello studio sono stati pubblicati in Computer e fluidi rivista.

Gli autori hanno considerato la situazione di un'onda d'urto da un'esplosione di supernova che raggiunge le nubi molecolari:conglomerati di materia interstellare ad alta densità. Le nuvole molecolari giganti sono anche conosciute come "culle stellari, " mentre lì si formano nuove stelle. Un'onda d'urto si muove a velocità supersonica e cambia la struttura della nuvola, modellando aree ad alta e bassa densità e strutture filiformi chiamate filamenti. Insieme a questo, la collisione mette in moto flussi di materia e ne piega le traiettorie, causando vortici ai bordi esterni della nuvola. Questo fenomeno è noto come instabilità di Richtmyer-Meshkov. La modellazione di tali collisioni è complicata, poiché ci sono diversi processi complessi in corso contemporaneamente.

Gli scienziati hanno suggerito un modello che descrive la formazione di un vortice di materia e di filamenti dopo il passaggio dell'onda d'urto. Hanno considerato l'influenza della distribuzione della densità lungo il raggio e le forme delle nuvole sul processo di interazione tra un'onda d'urto e le nuvole molecolari, così come il verificarsi e la ridistribuzione dei flussi di materia, formatura dei filamenti, e, di conseguenza, formazione di aree ad alta densità.

"È stato sviluppato un programma di calcolo 3D, messo a punto, e testato per modellare matematicamente i processi di interazione nelle nubi molecolari durante le collisioni e la possibile formazione di nuove stelle e sistemi stellari, " ha spiegato Boris Rybakin, Professore della Facoltà di Meccanica e Matematica, MSU.

Il modello è costituito da oltre 4 miliardi di nodi computazionali. Per ridurre i tempi di elaborazione di tali enormi quantità di dati, gli scienziati hanno usato calcoli paralleli, lavorare con diversi gruppi di dati in modo indipendente allo stesso tempo.

La modellazione ha mostrato che la formazione di filamenti e le irregolarità della distribuzione della densità dipendevano principalmente dalla compressione della materia della nube sotto l'impatto dell'onda d'urto. Ha anche aiutato a identificare tre fasi della collisione. Nella prima fase, strutture a vortice formate dietro il fronte d'onda; nella seconda fase, una volta che l'onda d'urto si diffonde, forme di instabilità Richtmyer-Meshkov, e accelerano i flussi di materia ai margini della nuvola. Nell'ultima fase, i filamenti si verificano in aree ad alta densità, e si formano protostelle molto dense.

Gli autori dell'articolo ritengono che un ulteriore utilizzo e miglioramento del modello possa aiutare a capire come nascano stelle e sistemi stellari in aree dense di nubi molecolari. "I dati ottenuti di recente mostrano che il processo di formazione stellare nella nostra galassia sta rallentando. Ogni anno nascono solo diverse stelle, mentre la materia è sufficiente per diverse centinaia. D'altro canto, in alcune delle galassie scoperte di recente, questo processo è molto intenso, " ha aggiunto Boris Rybakin.

Lo studio è stato condotto insieme a un collega della Tver State Technical University.