Первая 3D-карта межзвёздной среды: 41% газа в нестабильном состоянии

Реконструкция охватила область диаметром в килопарсек вокруг Солнца с разрешением 2 парсека и показала, что холодные облака «живут» внутри оболочек из промежуточного газа, а не «висят в пустоте»

Традиционная теория межзвёздной среды (ISM) представляла собой двухфазную модель: плотные холодные облака с температурой около 200 кельвинов и тёплая разрежённая среда около 7000 кельвинов, заполняющая промежуток между ними. Газ в промежуточных тепловых состояниях считался краткоживущей редкостью, которая почти мгновенно переходит в одну из устойчивых фаз.

Проект P3D, объединивший данные о распределении пыли со спутника Gaia, трёхмерную модель дальнего ультрафиолетового излучения от массивных звёзд классов O и B и термохимическую модель нейтрального газа, впервые представил объёмную карту тепловых фаз локальной ISM — и картина оказалась иной.

Реконструкция охватила сферическую область диаметром в 1 килопарсек с центром на Солнце при шаге сетки 2 парсека. Выяснилось, что холодные облака не находятся изолированно в тёплой фазе — каждое окружено оболочкой термически нестабильного газа с температурами от 300 до 6000 кельвинов. В пределах ±150 парсек от галактической плоскости массовая доля этой нестабильной фазы достигает 41% — больше, чем у холодной (27%) и тёплой (32%). Классическая модель таких цифр не предсказывала.

Авторы интерпретируют результаты как свидетельство непрерывного динамического цикла: турбулентность и макроскопические течения постоянно «взбалтывают» среду, не позволяя газу оставаться в устойчивых состояниях. Соотношение масс между фазами указывает на время цикла порядка 2,9–6 миллионов лет — газ переходит из фазы в фазу практически с той же скоростью, с какой остывает.

Второй сюрприз касается внутренней структуры холодного газа. Функция плотности вероятности для холодной фазы оказалась неожиданно узкой — стандартное отклонение логарифмической плотности составило 0,485, а внутренние числа Маха не превысили полутора.

Это прямо противоречит моделям, используемым во многих симуляциях звездообразования. Широкие линии, наблюдаемые в 21-сантиметровых обзорах, вероятно, отражают не турбулентность внутри облака, а относительное движение облаков друг относительно друга.

P3D ставит перед собой цель проверить новый наблюдательный эталон для численных магнитогидродинамических симуляций галактического диска. Тот факт, что почти половина нейтральной массы находится в промежуточном состоянии и непрерывно перерабатывается, подразумевает, что холодный резервуар для будущих звёзд — это не статичное сырьё, а фаза в динамичном многофазном потоке. Это непосредственно скажется на расчетах темпов звездообразования, эффективности коллапса облаков и начальной функции масс, в которых однофазное сверхзвуковое приближение больше не может считаться адекватным.