Turbulens i interstellare gasskyer afslører multi-fraktale strukturer

I interstellare støvskyer, turbulens skal først forsvinde, før en stjerne kan dannes gennem tyngdekraften. Et tysk-fransk forskerhold har nu opdaget, at turbulensens kinetiske energi kommer til at hvile i et rum, der er meget lille på kosmiske skalaer, spænder fra et til flere lysår i udstrækning. Gruppen nåede også frem til nye resultater i den matematiske metode:Tidligere den turbulente struktur af det interstellare medium blev beskrevet som selv-lignende – eller fraktal. Forskerne fandt ud af, at det ikke er nok at beskrive strukturen matematisk som en enkelt fraktal, en selvlignende struktur som kendt fra Mandelbrot-sættet. I stedet, de tilføjede flere forskellige fraktaler, såkaldte multifraktaler. De nye metoder kan således bruges til at opløse og repræsentere strukturelle ændringer i astronomiske billeder i detaljer. Anvendelser inden for andre videnskabelige områder såsom atmosfærisk forskning er også mulige.

Det tysk-franske program GENESIS (Generation of Structures in the Interstellar Medium) er et samarbejde mellem University of Cologne's Institute for Astrophysics, LAB ved University of Bordeaux og Geostat/INRIA Institute Bordeaux. I en højdepunktsudgivelse af tidsskriftet Astronomi og astrofysik , forskerholdet præsenterer de nye matematiske metoder til at karakterisere turbulens ved at bruge eksemplet med Musca-molekylskyen i stjernebilledet Musca.

Stjerner dannes i enorme interstellare skyer, der hovedsageligt består af molekylært brint - alle stjerners energireservoir. Dette materiale har en lav densitet, kun nogle få tusinde til flere titusindvis af partikler pr. kubikcentimeter, men en meget kompleks struktur med kondensationer i form af 'klumper' og 'filamenter', og til sidst 'kerner', hvorfra stjerner dannes ved gravitationssammenbrud af stoffet.

Den rumlige struktur af gassen i og omkring skyer er bestemt af mange fysiske processer, en af ​​de vigtigste er interstellar turbulens. Dette opstår, når energi overføres fra store skalaer, såsom galaktiske tæthedsbølger eller supernovaeksplosioner, i mindre skalaer. Turbulens kendes fra strømme, hvor en væske eller gas 'omrøres', men kan også danne hvirvler og udvise korte perioder med kaotisk adfærd, kaldet intermittens. Imidlertid, for en stjerne at danne, gassen skal hvile, dvs. den kinetiske energi skal spredes. Efter det, tyngdekraften kan udøve tilstrækkelig kraft til at trække brintskyerne sammen og danne en stjerne. Dermed, det er vigtigt at forstå og matematisk beskrive energikaskaden og den tilhørende strukturelle forandring.