• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Håller fantastiska plantskolor i dina händer

    De första 3D-printade stellar plantskolorna är mycket polerade sfärer ungefär lika stora som en baseboll, i vilka virvlande klumpar och filament representerar stjärnbildande moln av gas och damm. Forskare skapade modellerna med hjälp av data från simuleringar av stjärnbildande moln och en 3D-utskriftsprocess där molnens finskaliga densiteter och gradienter är inbäddade i ett transparent harts. Kredit:Saurabh Mhatre

    Astronomer kan inte röra stjärnorna de studerar, men astrofysikern Nia Imara använder 3-dimensionella modeller som passar i hennes handflata för att reda ut den strukturella komplexiteten i stellar plantskolor, de stora molnen av gas och stoft där stjärnbildning sker.

    Imara och hennes medarbetare skapade modellerna med hjälp av data från simuleringar av stjärnbildande moln och en sofistikerad 3D-utskriftsprocess där de turbulenta molnens finskaliga densiteter och gradienter är inbäddade i ett transparent harts. De resulterande modellerna – de första 3D-printade stjärnplantorna – är mycket polerade sfärer ungefär lika stora som en baseboll (8 centimeter i diameter), där det stjärnbildande materialet uppträder som virvlande klumpar och filament.

    "Vi ville ha ett interaktivt objekt för att hjälpa oss att visualisera de strukturer där stjärnor bildas så att vi bättre kan förstå de fysiska processerna, sa Imara, en biträdande professor i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz och första författare till en artikel som beskriver detta nya tillvägagångssätt publicerad 25 augusti i Astrofysiska tidskriftsbrev .

    En konstnär såväl som en astrofysiker, Imara sa att idén är ett exempel på att vetenskap imiterar konst. "För flera år sedan, Jag skissade ett porträtt av mig själv när jag rörde vid en stjärna. Senare, idén bara klickade. Stjärnbildning inom molekylära moln är mitt expertområde, så varför inte försöka bygga en?" sa hon.

    Hon arbetade med medförfattaren John Forbes vid Flatiron Institutes Center for Computational Astrophysics för att utveckla en svit med nio simuleringar som representerar olika fysiska förhållanden inom molekylära moln. Samarbetet inkluderade också medförfattaren James Weaver vid Harvard Universitys School of Engineering and Applied Sciences, som hjälpte till att omvandla data från de astronomiska simuleringarna till fysiska objekt med hjälp av högupplöst och fotorealistisk multimaterial 3D-utskrift.

    Resultaten är både visuellt slående och vetenskapligt belysande. "Bara estetiskt är de verkligen fantastiska att se på, och sedan börjar du lägga märke till de komplexa strukturerna som är otroligt svåra att se med de vanliga teknikerna för att visualisera dessa simuleringar, " sa Forbes.

    Förutom sfärer som representerar nio olika simuleringar, forskarna skrev också ut halvsfärer för att avslöja data i mitten av planet. Lättare material motsvarar områden med högre densitet, medan mörkare områden representerar områden med låg densitet och tomrum. Kredit:Saurabh Mhatre

    Till exempel, arkliknande eller pannkaksformade strukturer är svåra att urskilja i tvådimensionella skivor eller projektioner, eftersom ett snitt genom ett ark ser ut som en filament.

    "Inom sfärerna, du kan tydligt se ett tvådimensionellt ark, och inuti den finns små filament, och det är häpnadsväckande ur perspektivet av någon som försöker förstå vad som händer i dessa simuleringar, " sa Forbes.

    Modellerna avslöjar också strukturer som är mer kontinuerliga än de skulle framstå i 2D-projektioner, sa Imara. "Om du har något som slingrar sig runt i rymden, du kanske inte inser att två regioner är sammankopplade av samma struktur, så att ha ett interaktivt objekt som du kan rotera i handen gör att vi lättare kan upptäcka dessa kontinuiteter, " Hon sa.

    De nio simuleringarna som modellerna bygger på har utformats för att undersöka effekterna av tre grundläggande fysiska processer som styr utvecklingen av molekylära moln:turbulens, allvar, och magnetfält. Genom att ändra olika variabler, såsom styrkan på magnetfälten eller hur snabbt gasen rör sig, simuleringarna visar hur olika fysiska miljöer påverkar morfologin hos understrukturer relaterade till stjärnbildning.

    Stjärnor tenderar att bildas i klumpar och kärnor som ligger vid skärningspunkten mellan filament, där densiteten av gas och damm blir tillräckligt hög för att gravitationen ska ta över. "Vi tror att dessa nyfödda stjärnors snurr kommer att bero på strukturerna i vilka de bildas - stjärnor i samma glödtråd kommer att "veta" om varandras snurr, sa Imara.

    Med de fysiska modellerna, det krävs ingen astrofysiker med expertis i dessa processer för att se skillnaderna mellan simuleringarna. "När jag tittade på 2D-projektioner av simuleringsdata, det var ofta utmanande att se deras subtila skillnader, med de 3D-printade modellerna, det var uppenbart, sa Weaver, som har en bakgrund inom biologi och materialvetenskap och rutinmässigt använder 3D-utskrift för att undersöka de strukturella detaljerna i ett brett utbud av biologiska och syntetiska material.

    "Jag är väldigt intresserad av att utforska gränssnittet mellan vetenskap, konst, och utbildning, och jag brinner för att använda 3D-utskrift som ett verktyg för att presentera komplexa strukturer och processer på ett lättförståeligt sätt, " Sa Weaver. "Traditionell extruderingsbaserad 3D-utskrift kan endast producera solida föremål med en kontinuerlig yttre yta, och det är problematiskt när man försöker skildra, gaser, moln, eller andra diffusa former. Vårt tillvägagångssätt använder en bläckstråleliknande 3D-utskriftsprocess för att deponera små enskilda droppar av ogenomskinlig harts på exakta platser inom en omgivande volym av transparent harts för att definiera molnets form i utsökt detalj."

    Han noterade att modellerna i framtiden också skulle kunna införliva ytterligare information genom att använda olika färger för att öka deras vetenskapliga värde. Forskarna är också intresserade av att utforska användningen av 3D-utskrift för att representera observationsdata från närliggande molekylära moln, som de i stjärnbilden Orion.

    Modellerna kan också tjäna som värdefulla verktyg för utbildning och offentlig uppsökande, sa Imara, som planerar att använda dem i en astrofysikkurs hon ska undervisa i höst.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com