Группа астрономов обнаружила неожиданно сложную и динамичную сеть нитей в облаке с очень высокой скоростью (VHVC) в Млечном Пути.
Используя сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST), исследователи из Шанхайской астрономической обсерватории (SHAO) Китайской академии наук в сотрудничестве с другими институтами сосредоточились на G165 — массивном, быстро движущемся облаке атомарного водорода, мчащемся сквозь космос со скоростью около 300 километров в секунду. Расположенное примерно в 50 000 световых лет от Земли и далеко за пределами галактической плоскости, G165 предлагает редкий и беспрепятственный взгляд на ранние стадии формирования межзвёздного облака.
Облака VHVC меньше подвержены влиянию близлежащих звёзд, гравитации или других возмущений, встречающихся в более густонаселённых частях галактики. Это делает их идеальными для изучения того, как формируется структура в межзвёздном газе.
Ранее при изучении более распространённых высокоскоростных облаков (HVC) учёные обнаружили смесь холодного и тёплого газа. Новые данные FAST показывают, что G165 в основном состоит из тёплой нейтральной среды (WNM) с небольшим количеством холодного компонента или вовсе без него. Это различие, подтверждённое прямыми наблюдениями, предполагает, что VHVC могут представлять собой более чистую, раннюю фазу в эволюции облаков.
Исследовательскую группу больше всего удивил уровень детализации, обнаруженный в газе. Благодаря исключительному разрешению FAST данные HI 21 см показывают, что WNM в G165 не является ни спокойным, ни однородным, как предполагалось ранее на основе наблюдений за более плотным галактическим диском.
Вместо этого она сверхзвуковая и высокоструктурированная, заполненная запутанной сетью нитей, образующих узор, похожий на паутину, в нескольких слоях скорости. Эти нити пересекаются и извиваются в пространстве, образуя трёхмерную решётку газа с явными признаками турбулентности, наблюдаемой в виде «колебаний» скорости в данных.
Для изучения физических процессов, вызывающих такую сложность, исследователи провели магнитогидродинамическое моделирование. Результаты демонстрируют, что сверхзвуковая турбулентность в сочетании с магнитными полями может естественным образом генерировать нитевидные структуры и динамические движения газа, наблюдаемые в G165, включая многослойные поля скоростей, искажённые функции распределения вероятностей плотности, асимметричные радиальные профили и различные распределения ширины линий.
Примечательно, что эти особенности возникают без участия гравитационных сил, что позволяет предположить, что одной только турбулентности и магнетизма может быть достаточно для формирования ранней структурной основы межзвёздных облаков.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, даёт ценную новую информацию о том, как ведёт себя и организуется атомарный газ в более спокойных внешних частях нашей галактики. Оно также углубляет наше понимание того, как газ может в конечном итоге поступать в области звездообразования и какую роль такие далёкие облака могут играть в более широком жизненном цикле материи в галактиках.
Выявляя сверхзвуковой и нитевидный характер VHVC, в котором преобладает WNM, эта работа открывает новые захватывающие возможности для изучения формирования структур в космосе, особенно в средах, где гравитация не является доминирующей силой.
Предоставлено: Китайская академия наук.