Onderzoeken van het Sternberg Astronomisch Instituut, Lomonosov Moskou Staatsuniversiteit, hebben hun inspanningen gericht op een van de belangrijkste theoretische kwesties van de moderne astrofysische vloeistofdynamica, dat is de stabiliteit van de Kepleriaanse afschuifstroom van vloeistof of gas. De resultaten zijn beschikbaar in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society logboek.

Kepler-stroming is alomtegenwoordig in de ruimte. Het komt voor in accretie- en protoplanetaire schijven, waar vloeistof differentieel roteert, zodat de hoeksnelheid omgekeerd afneemt met de afstand van de rotatie-as tot de drie-helft macht.

Dr. Viacheslav Zhuravlev van de Lomonosov Moscow State University en de auteur van het artikel zegt:"Talrijke waarnemingen laten zien dat zowel accretie- als protoplanetaire schijven zich in een turbulente staat bevinden. niemand is er tot nu toe in geslaagd om in laboratoriumomstandigheden turbulente Kepleriaanse stroom van niet-geïoniseerde materie te modelleren of te simuleren. Met andere woorden, in tegenstelling tot de andere bekende schuifstromen, Kepler-stroming vertoont een verbazingwekkende niet-lineaire dynamische stabiliteit. Daten, deze stabiliteit is gecontroleerd tot het Reynoldsgetal van enkele miljoenen. Echter, in echte astrofysische schijven, het Reynoldsgetal kan oplopen tot tientallen miljarden."

In het project, de auteurs veronderstellen dat de Kepler-stroming in een turbulente toestand breekt bij het Reynolds-getal dat nog niet is bereikt in het onderzoek. Omdat turbulentie niet kan bestaan ​​in afwezigheid van toenemende verstoringen van snelheid en druk, ze bekijken in detail hoe groot de groeifactor van tijdelijk groeiende verstoringen kan zijn. Over het algemeen, die verstoringen ontstaan ​​in de vorm van spiralen die worden afgewikkeld door de differentiële rotatie van de bulkstroom.

Viacheslav Zhuravlev zegt, "We zijn erin geslaagd om voor de eerste keer aan te tonen dat dergelijke verstoringen turbulentie kunnen weerstaan, ook op schalen die de schijfdikte aanzienlijk overschrijden. Bovendien, we voorspellen een waarde van het Reynolds-getal dat overeenkomt met de overgang naar turbulentie, zowel in Kepleriaanse als super-Kepleriaanse stromingen."

De onderzoekers hebben de gelineariseerde Navier-Stokes-vergelijkingen zowel numeriek als analytisch opgelost. Bovendien, voor het eerst in de astrofysische wetenschappelijke literatuur, ze hebben een zogenaamde variatiebenadering gebruikt om de optimale verstoringen te bepalen die de hoogst mogelijke groei van de amplitude vertonen.

De wetenschapper vat samen:"We gaan een reeks speciale computersimulaties uitvoeren, wat zal helpen om een ​​exact mechanisme van de afschuifstroomstabilisatie in de modelsituatie te onthullen, wanneer het hoeksnelheidsprofiel evolueert van een zogenaamd cycloontype naar het Kepleriaanse type. Beurtelings, dit zal bijdragen tot een beter begrip van het gedrag van Kepleriaanse stroming en de evolutie van eindige amplitudeverstoringen daarin. Wij geloven dat de ontdekking van de niet-lineaire hydrodynamische instabiliteit van Kepleriaanse stroming bijna nabij is. In feite, het is direct gerelateerd aan de verklaring van het bestaan ​​van accretie en protoplanetaire schijven en, bijgevolg, tot de opkomst van vele andere objecten in het universum."