Fizycy często odwołują się do niestabilności Rayleigha-Taylora, aby wyjaśnić, dlaczego w plazmie tworzą się struktury płynne, ale badania przeprowadzone na Uniwersytecie Michigan mogą nie być pełnym opisem pierścienia skupisk wodoru wokół supernowej 1987A.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Physical Review Letters zespół argumentuje, że niestabilność Wrony lepiej wyjaśnia „sznur pereł” otaczający pozostałość gwiazdy, rzucając światło na długoletnią tajemnicę astrofizyczną.
„Fascynujące jest to, że może tu działać ten sam mechanizm, który przerywa kilwater samolotu” – powiedział Michael Wadas, autor korespondent z badania i absolwent inżynierii mechanicznej w czasie wykonywania pracy.
W smugach odrzutowych niestabilność Wrony powoduje przerwy w gładkiej linii chmur z powodu spiralnego przepływu powietrza wychodzącego z końca każdego skrzydła, zwanego wirami na końcach skrzydeł. Wiry te wpływają na siebie, tworząc szczeliny – coś, co możemy zobaczyć dzięki parze wodnej w spalinach. A niestabilność Wrony może zrobić coś, czego Rayleigh-Taylor nie mógł: przewidzieć liczbę skupisk widocznych wokół pozostałości.
„Niestabilność Rayleigha-Taylora może wskazywać, że mogą występować grudki, ale bardzo trudno byłoby wyciągnąć z tego liczbę” – powiedział Wadas, który jest obecnie doktorantem w California Institute of Technology.
Supernowa 1987A to jedna z najsłynniejszych eksplozji gwiazdowych, ponieważ znajduje się stosunkowo blisko Ziemi, w odległości 163 000 lat świetlnych, a jej światło dotarło do Ziemi w czasie, gdy istniały wyrafinowane obserwatoria obserwujące jej ewolucję. Jest to pierwsza supernowa widoczna gołym okiem od czasu supernowej Keplera w 1604 roku, co czyni ją niezwykle rzadkim zdarzeniem astrofizycznym, które odegrało ogromną rolę w kształtowaniu naszego zrozumienia ewolucji gwiazd.
Chociaż nadal wiele nie wiadomo na temat gwiazdy, która eksplodowała, uważa się, że pierścień gazowy otaczający gwiazdę przed eksplozją powstał w wyniku połączenia dwóch gwiazd. Gwiazdy te wydzielają wodór do otaczającej ich przestrzeni, gdy dziesiątki tysięcy lat przed supernową stały się niebieskim olbrzymem. Ta obłok gazu w kształcie pierścienia został następnie uderzony przez strumień szybkich naładowanych cząstek wydobywających się z niebieskiego olbrzyma, zwanego wiatrem gwiazdowym. Uważa się, że grudki powstały przed eksplozją gwiazdy.
Naukowcy symulowali sposób, w jaki wiatr wypycha chmurę na zewnątrz, jednocześnie ciągnąc ją po powierzchni, przy czym góra i dół chmury są wypychane szybciej niż środek. To spowodowało, że chmura zwinęła się w sobie, co spowodowało niestabilność Wrony i spowodowało, że rozpadła się na dość równe grudki, które stały się sznurem pereł. Przewidywana liczba 32 jest bardzo zbliżona do zaobserwowanych 30 do 40 skupisk wokół pozostałości po supernowej 1987A.
„To w dużej mierze powód, dla którego uważamy, że jest to niestabilność Crow” – powiedział Eric Johnsen, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim i główny autor badania.
Zespół dostrzegł wskazówki, że niestabilność Wrony może przewidywać powstawanie bardziej paciorkowatych pierścieni wokół gwiazdy, dalej od pierścienia, który wydaje się najjaśniejszy na zdjęciach teleskopowych. Byli zadowoleni, widząc, że na zdjęciu wykonanym w bliskiej podczerwieni przez kamerę w bliskiej podczerwieni Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, wykonanym w sierpniu ubiegłego roku, wydaje się pojawiać więcej skupisk – wyjaśnił Wadas.
Zespół zasugerował również, że niestabilność Wrony może mieć znaczenie, gdy pył wokół gwiazdy osiada na planetach, chociaż potrzebne są dalsze badania, aby zbadać tę możliwość.
Badanie zostało wsparte przez Departament Energii zasobami obliczeniowymi udostępnionymi przez Extreme Science and Engineering Discovery Environment
Współautorami opracowania są: William White i Aaron Towne, odpowiednio doktorant i adiunkt w dziedzinie inżynierii mechanicznej; oraz Heath LeFevre i Carolyn Kuranz, odpowiednio pracownik naukowy i profesor nadzwyczajny w dziedzinie inżynierii nuklearnej i nauk radiologicznych; wszystko na UM.