Турбулентність у космічних газопилових дисках оцінили по-новому.
За сучасними уявленнями зірки і планетні системи утворюються з обертового газопилового диска, що формується гравітацією. Такі диски називаються акреційними, і також виникають навколо масивних космічних об'єктів - планет, зірок і навіть галактик - при падінні на них речовини.
Якщо говорити про молодих зірок або протозірки, то навколо них виникають ще й протопланетні диски, з яких згодом утворюються планети. Вивчення аккреційних і протопланетних дисків - одне з головних завдань астрофізики: вони допомагають пояснити еволюцію космічних тіл і багато інших астрофізичних явищ.
Речовина в такому диску не падає до його центру, а рухається навколо нього відповідно до законів Кеплера. Це означає, що диск не обертається як одне ціле: шари речовини, розташовані ближче до його центру, мають більшу кутову швидкість, ніж віддалені. Кутова швидкість обертання шарів зменшується назад пропорційно до відстані від центру обертання, зведеного у ступінь 3/2. Такий рух рідини або газу отримав у фізиці назву кеплерівської зрушення. Через тертя між шарами газу ті з них, що знаходяться всередині, поступово сповільнюються і в результаті падають в центр диска, а сам диск нагрівається.
Численні спостереження показують, що такі диски знаходяться в турбулентному стані. Однак у разі так званих холодних дисків, речовина в яких слабоіонізовано (практично навіть неіонізовано), пояснити, чому вони турбулентні, непросто - в лабораторії досі нікому не вдалося змусити неіонізовану речовину рухатися турбулентно в кеплерівській течії. Іншими словами, кеплерівська течія, на відміну від інших відомих зрушень, демонструє дивовижну стійкість.
Ламінарний потік, коли рідина або газ переміщуються без перемішування, перетворюється на турбулентний, коли параметр потоку, який називається числом Рейнольдса, стає більшим від критичного значення. Це число пропорційно щільності середовища, його швидкості і розмірам потоку. Ми знаємо, що кеплерівська течія може бути стійкою при дуже великих числах Рейнольдса - аж декількох мільйонів. Однак у реальних космічних дисках число Рейнольдса може досягати значень у десятки мільярдів.
Турбулентність не може існувати без зростаючих вихорових флуктуацій (обурень) швидкості і тиску. Особливі різновиди подібних флуктуацій являють собою спіралі, що розкручуються під впливом обертання речовини з різною швидкістю шарів. Астрофізики Державного астрономічного інституту імені П.К. Шáберга при МДУ вперше показали, що такі флуктуації здатні підтримувати турбулентність з розмірами, що значно перевищують товщину диска.
Дослідники припустили, що кеплерівський перебіг рідини або газу переходить у турбулентний стан у ще не дослідженому діапазоні значень числа Рейнольдса. Використавши різні численні і аналітичні методи, в тому числі новий для астрофізики метод пошуку флуктуацій з найбільш сильним зростанням амплітуди, автори роботи зуміли передбачити, яким може виявитися число Рейнольдса, відповідне переходу до турбулентності як в кеплерівських, так і в надкеплерівських потоках. (Надкеплерівськими потоками називаються ті, в яких зміна швидкості шарів при віддаленні від центру ще більше. в акреційних дисках таке трапляється.) Повністю результати дослідження опубліковані в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Автори роботи сподіваються, що незабаром гідродинамічну нестійкість кеплерівського потоку вдасться побачити і в експерименті. Самі вони в найближчому майбутньому планують за допомогою комп'ютерного моделювання проаналізувати, як саме стабілізується зрушувальний потік, коли залежність кутової швидкості від відстані переходить від так званого циклонічного типу, коли кутова швидкість всіх шарів однакова, до кеплерівського. Це, в свою чергу, допоможе краще зрозуміти поведінку самого кеплерівського потоку.