En matematiker från MSU modellerade tillsammans med en rysk kollega bildandet av filament (trådliknande materiakonglomerat) efter kollisionen av en stötvåg med molekylära moln i det interstellära rymden. Arbetet kommer att hjälpa forskarna att bättre förstå födelsen av stjärnor och stjärnsystem. Resultaten av studien publicerades i Datorer och vätskor tidskrift.

Författarna övervägde situationen för en chockvåg från en supernovaexplosion som nådde molekylära moln - interstellära materiakonglomerat med hög densitet. Jättemolekylära moln är också kända som "stjärnvaggor, " när nya stjärnor bildas där. En stötvåg rör sig i överljudshastighet och förändrar molnets struktur, formar områden med hög och låg densitet och trådliknande strukturer som kallas filament. Tillsammans med detta, kollisionen sätter materiaflöden i rörelse och böjer deras banor, orsakar virvlar vid molnets yttre gränser. Detta fenomen är känt som Richtmyer-Meshkov-instabiliteten. Modelleringen av sådana kollisioner är komplicerad, eftersom det pågår flera komplexa processer samtidigt.

Forskarna föreslog en modell som beskriver bildandet av en materiavirvel och filament efter att stötvågen passerat. De har övervägt inverkan av densitetsfördelning längs radien och molnens former på interaktionsprocessen mellan en stötvåg och molekylära moln, såväl som förekomsten och omfördelningen av materiaflöden, formning av filament, och, som ett resultat, bildandet av områden med hög densitet.

"Ett 3D-beräkningsprogram har utvecklats, finstämd, och testade för att matematiskt modellera processerna för interaktion i molekylära moln under kollisioner och eventuell bildning av nya stjärnor och stjärnsystem, " förklarade Boris Rybakin, Professor vid fakulteten för mekanik och matematik, MSU.

Modellen består av över 4 miljarder beräkningsnoder. För att minska bearbetningstiden för sådana enorma mängder data, forskarna använde parallella beräkningar, arbeta självständigt med olika grupper av data samtidigt.

Modelleringen visade att bildandet av filament och ojämnheter i densitetsfördelningen främst berodde på komprimeringen av molnets materia under påverkan av stötvågen. Det hjälpte också till att identifiera tre faser av kollision. I det första skedet, virvelstrukturer bildade bakom vågfronten; i det andra steget, när chockvågen sprider sig, Richtmyer-Meshkov instabilitet former, och materiaflödena på molnets gränser påskyndar. I det sista skedet, filamenten förekommer i områden med hög densitet, och mycket täta protostjärnor bildas.

Författarna till artikeln tror att ytterligare användning och förbättring av modellen kan hjälpa till att förstå hur stjärnor och stjärnsystem föds i täta områden av molekylära moln. "Nyligen erhållna data visar att processen för stjärnbildning i vår galax saktar ner. Bara flera stjärnor föds varje år, medan saken räcker till flera hundra. Å andra sidan, i några av de nyligen upptäckta galaxerna, denna process är mycket intensiv, " tillade Boris Rybakin.

Studien genomfördes tillsammans med en kollega från Tver State Technical University.