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将“恒星育儿所”握在手中

研究人员用3D打印技术制作了“恒星育儿所”模型。

天文学家无法触碰他们研究的恒星,但天体物理学家Nia Imara正使用掌中的三维模型,来揭示“恒星育儿所”的复杂结构。恒星育儿所是指形成恒星的大量气体与巨大尘埃云。Imara等利用恒星形成云的模拟数据及3D打印技术创建了恒星育儿所模型。湍流云的精细尺度密度和梯度尽数呈现在透明树脂材料中,其中形成恒星的物质表现为旋涡状团块和细丝。

美国加州大学圣克鲁斯分校助理教授Imara说:“我们希望用一个交互式对象来帮助研究人员分析恒星结构的形成过程。”她与论文合著者John Forbes、James Weaver合作开发了九种模型,以描述分子云的不同物理条件。Forbes说:“研究结果不仅具有视觉吸引性,还具有科学启发性。普通的可视化模拟技术难以呈现这些精密、复杂的结构,例如,研究人员很难从二维切片或投影中区分薄片状和煎饼状结构。在我们制作的模型中,研究人员能清楚地看到二维薄片中的细丝结构。”

Imara补充,这类模型还能揭示比2D投影更连续的结构。她说:“如果空间中存在绕行结构,你可能不会意识到两个区域是由相同的结构连接的,而拥有一个能在手中旋转的交互式模型将有助于发现这种连续性特征。”

新模型主要聚焦于控制分子云演化的三个基本物理过程(湍流、重力和磁场)的影响。通过改变变量,如磁场强度或气体的移动速度,模型就能显示不同物理环境对恒星形成相关的亚结构形态的影响。恒星倾向于以团块形式形成,其内核位于细丝的交叉点。在交叉点处,气体和尘埃的密度变得非常高,足以让重力接管一切。Imara说:“我们认为,新生恒星的自转由它们形成的结构决定。”

在拥有物理模型之后,即便不具备专业知识也能观察模拟差异。Weaver说:“我在观看模拟数据的2D投影时,通常很难发现它们的细微差异。传统的挤压式3D打印只能制造具有连续外表面的固体,无法精确描绘气体、云的扩散。我们采用类喷墨3D打印工艺,将细微的不透明树脂精确沉积在透明树脂的相应位置中,以精致的细节描述了云的形态。”

Imara指出,新模型可作为教育和公共推广的重要工具,她计划在今年秋季的天体物理学课程中使用这些模型。

科界原创

编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《天体物理学快报》

期刊编号:2041-8205

原文链接:https://phys.org/news/2021-09-stellar-nurseries.html

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