13. März 2024 (Nanowerk-Neuigkeiten) Physiker greifen oft auf die Rayleigh-Taylor-Instabilität zurück, um zu erklären, warum sich in Plasmen flüssige Strukturen bilden, aber das ist möglicherweise nicht die ganze Geschichte, wenn es um den Ring aus Wasserstoffklumpen um die Supernova 1987A geht, wie Untersuchungen der University of Michigan zeigen. In einer Studie veröffentlicht in Physical Review Letters („Hydrodynamischer Mechanismus zur Verklumpung entlang der Äquatorringe von SN1987A und anderen Sternen“) argumentiert das Team, dass die Crow-Instabilität die „Perlenkette“, die den Überrest des Sterns umgibt, besser erklären kann und Licht auf ein seit langem bestehendes astrophysikalisches Rätsel wirft.
Die Simulation zeigt links die Form der Gaswolke und rechts die Wirbel, also Bereiche mit schnell rotierender Strömung. Jeder Ring repräsentiert einen späteren Zeitpunkt in der Entwicklung der Wolke. Es zeigt, wie eine Gaswolke, die als gleichmäßiger Ring ohne Rotation beginnt, mit der Entwicklung der Wirbel zu einem klumpigen Ring wird. Schließlich zerfällt das Gas in deutliche Klumpen. (Bild: Michael Wadas, Scientific Computing and Flow Laboratory) „Das Faszinierende daran ist, dass hier derselbe Mechanismus im Spiel sein könnte, der Flugzeugschleppen aufbricht“, sagte Michael Wadas, korrespondierender Autor der Studie und Doktorand im Maschinenbau Technik zum Zeitpunkt der Arbeiten. Bei Jet-Kondensstreifen führt die Crow-Instabilität aufgrund des spiralförmigen Luftstroms, der vom Ende jedes Flügels austritt, zu Brüchen in der glatten Wolkenlinie, die als Flügelspitzenwirbel bezeichnet werden. Diese Wirbel fließen ineinander und erzeugen Lücken – was wir am Wasserdampf im Abgas sehen können. Und die Crow-Instabilität kann etwas tun, was Rayleigh-Taylor nicht konnte: die Anzahl der Klumpen vorhersagen, die um den Rest herum zu sehen sind. „Die Rayleigh-Taylor-Instabilität könnte darauf hinweisen, dass es möglicherweise Klumpen gibt, aber es wäre sehr schwierig, daraus eine Zahl zu ermitteln“, sagte Wadas, der jetzt Postdoktorand am California Institute of Technology ist.
Vor einem schwarzen Hintergrund leuchten schwache oder entfernte Sterne weiß, während drei nähere oder hellere Sterne sechseckige Beugungsmuster wie Regenbogenschneeflocken erzeugen. In der Mitte des Bildes ähnelt der Supernova-Überrest einem Reptilienauge, mit einer blaugrünen Wolke in der Mitte, die von hellen weißen Punkten umgeben ist, bei denen es sich um Wasserstoffklumpen handelt, die durch die Schockwelle der Supernova beleuchtet werden. Ein blasser Dunst umgibt den Punktring, in dessen Inneren sich andere, weniger deutliche Punkte befinden. Die Supernova 1987A gehört zu den berühmtesten Sternexplosionen, da sie mit 163,000 Lichtjahren relativ nah an der Erde liegt und ihr Licht die Erde zu einer Zeit erreichte, als hochentwickelte Observatorien existierten, um ihre Entwicklung zu beobachten. Es handelt sich um die erste mit bloßem Auge sichtbare Supernova seit Keplers Supernova im Jahr 1604, was sie zu einem unglaublich seltenen astrophysikalischen Ereignis macht, das eine übergroße Rolle bei der Gestaltung unseres Verständnisses der Sternentwicklung gespielt hat.
Ein Nahinfrarotbild des Überrestes der Supernova 1987A, aufgenommen vom James Webb-Weltraumteleskop. Die als „Perlenkette“ bekannten Wasserstoffklumpen erscheinen als Ring aus weißen Punkten um das blaugrüne Zentrum des Sternüberrests und leuchten aufgrund der von der Supernova-Stoßwelle übertragenen Energie immer noch hell. Die Anzahl der Klumpen steht im Einklang mit der Crow-Instabilität, die zu ihrer Bildung geführt hat. (Bild: NASA, ESA, CSA, M. Matsuura (Universität Cardiff), R. Arendt (Goddard Spaceflight Center der NASA und University of Maryland, Baltimore County), C. Fransson (Universität Stockholm), J. Larsson (KTH Royal Institute of Technologie), A. Pagan (STScI)) Während über den explodierenden Stern noch vieles unbekannt ist, wird angenommen, dass der Gasring, der den Stern vor der Explosion umgab, aus der Verschmelzung zweier Sterne entstand. Diese Sterne gaben Wasserstoff in den sie umgebenden Raum ab, als sie Zehntausende Jahre vor der Supernova zu einem blauen Riesen wurden. Diese ringförmige Gaswolke wurde dann von dem Strom geladener Teilchen mit hoher Geschwindigkeit, der vom Blauen Riesen ausging und als Sternwind bekannt ist, hin- und hergeschüttelt. Es wird angenommen, dass sich die Klumpen gebildet haben, bevor der Stern explodierte. Die Forscher simulierten die Art und Weise, wie der Wind die Wolke nach außen drückte und gleichzeitig an der Oberfläche zog, wobei die Ober- und Unterseite der Wolke schneller herausgedrückt wurden als die Mitte. Dies führte dazu, dass sich die Wolke in sich selbst zusammenrollte, was die Instabilität der Krähe auslöste und dazu führte, dass sie in ziemlich gleichmäßige Klumpen zerfiel, die zu einer Perlenkette wurden. Die Vorhersage von 32 kommt den beobachteten 30 bis 40 Klumpen rund um den Supernova-Überrest 1987A sehr nahe. „Das ist ein wesentlicher Grund, warum wir glauben, dass dies die Crow-Instabilität ist“, sagte Eric Johnsen, UM-Professor für Maschinenbau und leitender Autor der Studie. Das Team sah Hinweise darauf, dass die Crow-Instabilität die Bildung weiterer Perlenringe um den Stern vorhersagen könnte, weiter entfernt von dem Ring, der auf Teleskopbildern am hellsten erscheint. Sie seien erfreut zu sehen, dass in der Aufnahme der Nahinfrarotkamera des James Webb-Weltraumteleskops, die im August letzten Jahres veröffentlicht wurde, offenbar mehr Klumpen auftauchen, erklärte Wadas. Das Team schlug außerdem vor, dass die Crow-Instabilität eine Rolle spielen könnte, wenn sich der Staub um einen Stern herum zu Planeten ablagert, obwohl weitere Forschung erforderlich ist, um diese Möglichkeit zu untersuchen.
Die Simulation zeigt links die Form der Gaswolke und rechts die Wirbel, also Bereiche mit schnell rotierender Strömung. Jeder Ring repräsentiert einen späteren Zeitpunkt in der Entwicklung der Wolke. Es zeigt, wie eine Gaswolke, die als gleichmäßiger Ring ohne Rotation beginnt, mit der Entwicklung der Wirbel zu einem klumpigen Ring wird. Schließlich zerfällt das Gas in deutliche Klumpen. (Bild: Michael Wadas, Scientific Computing and Flow Laboratory) „Das Faszinierende daran ist, dass hier derselbe Mechanismus im Spiel sein könnte, der Flugzeugschleppen aufbricht“, sagte Michael Wadas, korrespondierender Autor der Studie und Doktorand im Maschinenbau Technik zum Zeitpunkt der Arbeiten. Bei Jet-Kondensstreifen führt die Crow-Instabilität aufgrund des spiralförmigen Luftstroms, der vom Ende jedes Flügels austritt, zu Brüchen in der glatten Wolkenlinie, die als Flügelspitzenwirbel bezeichnet werden. Diese Wirbel fließen ineinander und erzeugen Lücken – was wir am Wasserdampf im Abgas sehen können. Und die Crow-Instabilität kann etwas tun, was Rayleigh-Taylor nicht konnte: die Anzahl der Klumpen vorhersagen, die um den Rest herum zu sehen sind. „Die Rayleigh-Taylor-Instabilität könnte darauf hinweisen, dass es möglicherweise Klumpen gibt, aber es wäre sehr schwierig, daraus eine Zahl zu ermitteln“, sagte Wadas, der jetzt Postdoktorand am California Institute of Technology ist.Vor einem schwarzen Hintergrund leuchten schwache oder entfernte Sterne weiß, während drei nähere oder hellere Sterne sechseckige Beugungsmuster wie Regenbogenschneeflocken erzeugen. In der Mitte des Bildes ähnelt der Supernova-Überrest einem Reptilienauge, mit einer blaugrünen Wolke in der Mitte, die von hellen weißen Punkten umgeben ist, bei denen es sich um Wasserstoffklumpen handelt, die durch die Schockwelle der Supernova beleuchtet werden. Ein blasser Dunst umgibt den Punktring, in dessen Inneren sich andere, weniger deutliche Punkte befinden. Die Supernova 1987A gehört zu den berühmtesten Sternexplosionen, da sie mit 163,000 Lichtjahren relativ nah an der Erde liegt und ihr Licht die Erde zu einer Zeit erreichte, als hochentwickelte Observatorien existierten, um ihre Entwicklung zu beobachten. Es handelt sich um die erste mit bloßem Auge sichtbare Supernova seit Keplers Supernova im Jahr 1604, was sie zu einem unglaublich seltenen astrophysikalischen Ereignis macht, das eine übergroße Rolle bei der Gestaltung unseres Verständnisses der Sternentwicklung gespielt hat.
Ein Nahinfrarotbild des Überrestes der Supernova 1987A, aufgenommen vom James Webb-Weltraumteleskop. Die als „Perlenkette“ bekannten Wasserstoffklumpen erscheinen als Ring aus weißen Punkten um das blaugrüne Zentrum des Sternüberrests und leuchten aufgrund der von der Supernova-Stoßwelle übertragenen Energie immer noch hell. Die Anzahl der Klumpen steht im Einklang mit der Crow-Instabilität, die zu ihrer Bildung geführt hat. (Bild: NASA, ESA, CSA, M. Matsuura (Universität Cardiff), R. Arendt (Goddard Spaceflight Center der NASA und University of Maryland, Baltimore County), C. Fransson (Universität Stockholm), J. Larsson (KTH Royal Institute of Technologie), A. Pagan (STScI)) Während über den explodierenden Stern noch vieles unbekannt ist, wird angenommen, dass der Gasring, der den Stern vor der Explosion umgab, aus der Verschmelzung zweier Sterne entstand. Diese Sterne gaben Wasserstoff in den sie umgebenden Raum ab, als sie Zehntausende Jahre vor der Supernova zu einem blauen Riesen wurden. Diese ringförmige Gaswolke wurde dann von dem Strom geladener Teilchen mit hoher Geschwindigkeit, der vom Blauen Riesen ausging und als Sternwind bekannt ist, hin- und hergeschüttelt. Es wird angenommen, dass sich die Klumpen gebildet haben, bevor der Stern explodierte. Die Forscher simulierten die Art und Weise, wie der Wind die Wolke nach außen drückte und gleichzeitig an der Oberfläche zog, wobei die Ober- und Unterseite der Wolke schneller herausgedrückt wurden als die Mitte. Dies führte dazu, dass sich die Wolke in sich selbst zusammenrollte, was die Instabilität der Krähe auslöste und dazu führte, dass sie in ziemlich gleichmäßige Klumpen zerfiel, die zu einer Perlenkette wurden. Die Vorhersage von 32 kommt den beobachteten 30 bis 40 Klumpen rund um den Supernova-Überrest 1987A sehr nahe. „Das ist ein wesentlicher Grund, warum wir glauben, dass dies die Crow-Instabilität ist“, sagte Eric Johnsen, UM-Professor für Maschinenbau und leitender Autor der Studie. Das Team sah Hinweise darauf, dass die Crow-Instabilität die Bildung weiterer Perlenringe um den Stern vorhersagen könnte, weiter entfernt von dem Ring, der auf Teleskopbildern am hellsten erscheint. Sie seien erfreut zu sehen, dass in der Aufnahme der Nahinfrarotkamera des James Webb-Weltraumteleskops, die im August letzten Jahres veröffentlicht wurde, offenbar mehr Klumpen auftauchen, erklärte Wadas. Das Team schlug außerdem vor, dass die Crow-Instabilität eine Rolle spielen könnte, wenn sich der Staub um einen Stern herum zu Planeten ablagert, obwohl weitere Forschung erforderlich ist, um diese Möglichkeit zu untersuchen.
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- Quelle: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=64846.php
