Eine kürzlich von drei Astrophysikern der UC San Diego veröffentlichte Abhandlung liefert erstmals eine Erklärung für den Ursprung dreier beobachteter Zusammenhänge zwischen verschiedenen Eigenschaften von Molekülwolken in der Milchstraße, Larsons Gesetze genannt. Die Abhandlung mit dem Titel “A Supersonic Turbulence Origin of Larson’s Laws” erschien diesen Monat in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, dem angesehensten Astronomie- und Astrophysik-Journal Großbritanniens. Larsons Gesetze beschreiben die beobachtungsbasierten Zusammenhänge der Struktur und der überschallschnellen Bewegungen innerhalb von Molekülwolken, in denen Sterne entstehen. Professoren, die diese drei Prinzipien aus einer bahnbrechenden Arbeit des Jahres 1981 lehren, bezeichnen sie als Larsons Gesetze, zu Ehren von Richard Larson, einem emeritierten Astronomie-Professor der Yale University, dem Autor der Abhandlung.
Die Analyse der Forscher von der University of California in San Diego stützt sich auf kürzliche Beobachtungen und Daten aus sechs Simulationen des interstellaren Mediums, welche die Auswirkungen der Eigengravitation, Turbulenzen, Magnetfelder und Multiphasen-Thermodynamik umfassten. Die Supercomputer-Simulationen unterstützen eine turbulente Interpretation von Larsons Zusammenhängen und die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass es nicht drei unabhängige Larson-Gesetze gibt, sondern dass alle drei Zusammenhänge auf derselben zugrundeliegenden Physik basieren, nämlich den Eigenschaften überschallschneller Turbulenzen. Larsons Originalarbeit wurde im selben Journal veröffentlicht und inspiriert auch heute noch neue Fortschritte beim Verständnis dessen, wie molekulare Wolkenstrukturen und Sterne entstehen.
“Nach Jahrzehnten ergebnisloser Debatten über die 1981 von mir veröffentlichte Interpretation der Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften von Molekülwolken ist es erfreulich zu sehen, dass meine ursprüngliche Theorie, die eine Rangordnung überschallschneller Turbulenzen behandelt, durch die Simulationen gut untermauert wird. Sie zeigen, dass die diskutierten komplizierten Auswirkungen von Gravitation, Magnetfeldern und Multiphasen-Struktur das grundlegende Bild einer turbulenten Kaskade nicht wesentlich verändern”, sagte Larson in Bezug auf die neuen Ergebnisse der Forscher von der UC San Diego.
“Diese Abhandlung ist im Grunde genommen die Summe aus sieben Jahren Forschung unter Zuhilfenahme umfassender Computer-Simulationen, die am SDSC und anderswo durchgeführt wurden”, sagte Alexei Kritsuk, ein Physiker vom Physics Department und dem Center for Astrophysics & Space Sciences (CASS) und leitender Autor der Studie. “Molekülwolken sind die Geburtsstätten von Sternen, also bezieht sich diese Abhandlung auch auf die Theorie der Sternentstehung.”
Zu dem Forschungsteam gehören außerdem Michael Norman (Direktor des San Diego Supercomputer Center SDSC und Professor für Physik an der UC San Diego) und Christoph T. Lee (Student am CASS). Um die Simulationen durchzuführen, wurden die Trestles- und Triton-Cluster am SDSC, das jetzt außer Betrieb gegangene DataStar-System, sowie die Kraken- und Nautilus-Systeme des National Institute for Computational Science (NICS) am Oak Ridge National Laboratory verwendet.
“Keiner dieser neuen Einblicke wäre ohne die immensen Fortschritte bei den Supercomputer-Simulationen möglich gewesen. Sie erlauben nicht nur Kosmologen, sondern auch Wissenschaftlern aus zahllosen anderen Fachrichtungen eine beispiellose Auflösung und Datenverarbeitungsgeschwindigkeit bei ihrer Forschung”, sagte Norman, ein weltweit anerkannter Astrophysiker. Er leistete Pionierarbeit beim Gebrauch von Computermethoden für die Erforschung des Universums und dessen Ursprung. “Wir glauben, dass diese Arbeit das vollständige Bild zeichnet – basierend auf unseren früheren Arbeiten und der Präsentation neuer Simulationen, die bis jetzt noch nicht veröffentlicht wurden.”
Die Forschungsarbeit wurde teilweise mit Fördermitteln der National Science Foundation (AST-0808184, AST-0908740, AST-1109570) und XRAC Allocation MCA07S014 im Rahmen des Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) Programms unterstützt.
(THK)
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