Пономарева А.A., Мишуров Ю.Н.

Эффект «самофокусировки»
при течении межзвездного
газа через спиральные рукава
Пономарева А.А., Мишуров Ю.Н.
каф. Физики космоса ЮФУ
Roberts (1969): Галактические ударные волны
ГУВ
5
Изотермическая среда

0

Tosa (PASJ, 1973): включил в рассмотрение
равновесие в вертикальном направлении
 / 2

 /2
гравполе
давление
Nelson et al. (MNRAS, 1984)
Nakanishi, Sofue (PASJ, 2003)
ʘ
Отрицательная корреляция
h
ρ
Идеи?
• Hunter (1972): собственная гравитация газа
• Kim & Ostriker (2006): аналог магнитно – гравитационной
неустойчивости (типа Паркера)
• Мишуров (АЖ, 2006): отказ от изотермического
приближения и учет тепловых свойств
МЗГ
d dQ P d

 2
dt dt  dt
3 2
 c
2
- внутренняя энергия газа
dQ   

dt

  
- скорость нагрева единицы объема среды
2

2 3 a 
4  c
m
 
- скорость охлаждения
(Elmegreen 1989)
«самофокусировка»
«аномальная» динамика
Цель:
• изучить возмущения, вызываемые в МЗГ в
процессе течения его через спиральные
рукава с учетом тепловых свойств;
• установить функциональный вид управляющего
параметра и его пороговое значение,
отделяющее течение с самофокусировкой
от течения без самофокусировки
d0
2
W r
dr
   0  S ;
W - угловая скорость вращения галактики
 S  A cos  ;
r
  n [ctg ( p) ln  
 r0 
   W Pt ]
WP
p
r

Gc
Уравнения движения МЗГ:
 u

0
t
x
u
u
1 P  S ( x)
u
 2Wv  

t
x
 x
x
v
v 
u

(u  u0 )  0
t
 x 2W
2

 2 u
u
 

t
x 3 x





dz
Tosa: 1) в вертикальном направлении гидростатическое
равновесие;
2) вертикальная компонента возмущенной
гравитационной силы отсутствует;
  z 2 
   e exp    ;
  h  
1 P 0

f |z|
  z z
h  c( 2 / f )
1/ 2
e
- эффективная полутолщина газового диска
- плотность газа на экваторе

    dz   h e

- поверхностная плотность газа
Наша задача: найти связь между  e и h и
установить, когда «корреляция»
будет отрицательной.
Рассмотрим установившиеся возмущения в МЗГ,
считая, что возмущенное гравитационное поле мало
возмущения в газе малы: s = s0 + s1
~
s1  s exp( ikx)
k  (n ctgp) / r
- волновое число
h1 / h0
 e1 /  e0
e1
  cos ;
 e0
    ;
( S  A cos  )

h1

2

(2  3 ) cos  5 sin
2
h 0 4  9
 a2 
2 0 f
 

m W  W P cos p  m 
 - управляющий параметр

  1
h1 / h0   e1 /( 2  e0 )
- положительная «корреляция»
  1
h1 / h0   e1 /(3e0 )
- отрицательная «корреляция»
h1
h0
e1
 e0
отрицательная «корреляция»
   cr  2 / 3
эллипс
0,6

cr

0,4
h 1 / h0
0,2
0,0
-0,2
-0,4
-0,6
-1,0
-0,5

e1
0,0
 
e0
0,5
cos 
1,0
В рамках линейного приближения найдена связь между
возмущениями толщины газового диска галактики и
экваториальной плотности газа с учетом тепловых
процессов в межзвездной среде.
Показано, что при течении межзвездного газа через
спиральный рукав может наступать явление
самофокусировки, или отрицательной корреляции между
возмущениями толщины газового диска и экваториальной
плотности газа.
Найден управляющий параметр, отделяющий течение с
самофокусировкой от течения без самофокусировки.
Показано, что для типичных значений галактических
параметров должно реализовываться течение с
самофокусировкой.
Более детальное изучение указанной корреляционной
зависимости может дать дополнительную
информацию о параметрах типичных облаков
межзвездного газа, их хаотических скоростей и т.д.
Для этого предлагается выполнить более обширные
наблюдения с целью определения зависимости толщины
газового диска для различных галактоцентрических
расстояний, не ограничиваясь, как это было сделано в
работе Nakanishi & Sofue, одним радиусом.
Спасибо за внимание !
«Нормальный»  адиабатический или
изотермический газ:
при сжатии увеличивается давление
kT
P
;
m
T  const
P  c ;
kT
c 
 const ;
m
2
2
гравполе
давление
  1
- почти адиабатическое течение
1
k2A
 2
cos(   )
2 2
2 2
0
  (5k c0 ) / 3  k u 0
между линдбладовскими резонансами
( 2  k 2u02  0)
возмущенная плотность почти в противофазе с возмущенным
гравитационным полем от спиральной волны плотности, т.к.
A<0
Газ скапливается в потенциальной яме, связанной со
спиральными рукавами


1
1  i

2
i 
 3k A Re 
e 
2 2
2
2 2
2 2
2
0


3
(
k
u


)

5
k
c

i

(
k
u


)
0
0
0



  01 / 2 e0
2
ku0
  (8 / 3) 2 / 3 (a / M )
2
Условие применимости вертикального равновесия
Фридман и др. (1994, 2003)
T  (h / c)
2
T ~ 100
2
млн лет;
h / c ~ 20
млн лет