Журнал "Компьютерра" №768

Сложные численные расчеты помогли астрофизикам из Калифорнийского университета в Санта-Крус частично разгадать давнюю загадку формирования крупных звезд. И хотя до полного решения еще далеко, первые результаты дали ответы на многие вопросы.

Согласно современным представлениям, новые звезды постоянно образуются из плотных облаков межзвездного газа и пыли. Гравитация постепенно притягивает пылинки и молекулы газа друг к другу, и облака становятся все плотнее. Небольшие неоднородности в облаках заставляют материю собираться в комки, которые продолжают сжиматься и засасывать окружающее их вещество до тех пор, пока постоянно растущие при сжатии температура и давление не смогут противостоять гравитации. Комок приобретает сферическую форму протозвезды. Если при этом шар получился достаточно крупным, то он разогревается и сжимается настолько, что в нем начинаются реакции ядерного синтеза, дающие жизнь новой звезде.

Этот сценарий не вызывает серьезных возражений, но только до тех пор, пока масса звезды не превышает примерно 20 солнечных.

Если масса больше, то, согласно оценкам и двухмерным расчетам, в процессе сжатия газ разогревается настолько, что давление его теплового излучения уже способно противостоять гравитации и дальнейший рост звезды прекращается. Но как же тогда образовались самые крупные звезды, масса которых превышает солнечную в 120–150 раз?

Этому факту уже придумали несколько объяснений, но ни одно из них не кажется убедительным. Например, крупные звезды могли бы образоваться при столкновении и слиянии более мелких, но никто пока не видел звездных скоплений с достаточной для этого плотностью.

Эта проблема заставила ученых разработать программу ORION, которая подробно описывает гидродинамику газовых облаков и перенос в них излучения. В трехмерную модель заложили облако с массой в сто солнечных масс и приступили к расчетам. Оказалось, что спустя 3600 виртуальных лет в облаке образовалась протозвезда, которая продолжала собирать вещество еще 20 тысяч лет, несмотря на то что излучение должно было остановить этот процесс. Анализ показал, что различные неустойчивости разрушают симметричный процесс роста звезды и собирают вещество в некоторое подобие нитей, по которым, как по каналам, газ и пыль из облака продолжают засасываться звездой. В то же время эти нити не мешают тепловому излучению беспрепятственно покидать растущую звезду.

Расчеты выявили и ряд других интересных закономерностей. Неустойчивости приводят к тому, что, помимо ведущих к основной звезде нитей, в коллапсирующем облаке образуются сгустки газа, которые затем сжимаются в сравнительно небольшие звезды. Так, во время одной из симуляций образовалась не только основная звезда, но и пара звезд поменьше, с массами примерно в 30 и 40 солнечных.

Авторы считают, что расчеты следует продолжить. Это поз волит собрать статистику по возможным сценариям роста звезд и сравнить ее с наблюдениями. Кроме того, пока так и не удалось объяснить наблюдаемый верхний предел в 120–150 солнечных масс, хотя, возможно, он определяется какой-то неустойчивостью, механизм которой еще предстоит выяснить. ГА

Водные процедуры

Любопытные предсказания сделали два физика-теоретика из Университета Тафта в США и Бразильского центра физических исследований в Рио-де-Жанейро. По их оценкам, загадочные квантовые флуктуации проявляют себя в рассеянном свете даже в обыкновенной воде при комнатной температуре.

Знаменитое квантовое соотношение неопределенности утверждает, что частицы не могут одновременно иметь определенные значения координаты и скорости, а это значит, что атом нельзя полностью остановить в заданном месте. Даже при нулевой энергии и температуре атом неизбежно будет слегка колебаться. Эти флуктуации принято называть квантовыми.

Квантовые флуктуации проявляют себя, например, в том, что жидкий гелий трудно превратить в лед даже при очень низких температурах, и лишь при больших давлениях он становится твердым. Однако всегда считалось, что в нормальных условиях квантовые флуктуации гораздо слабее обычных флуктуаций изза теплового движения атомов и, чтобы их наблюдать, придется работать при очень низких температурах или в каких-то других экзотических условиях.