Чому немає хмар ISM з температурою від 100 до 6000 К?

У міжзоряному середовищі є кілька різних дифузних фаз газу, що відрізняються їх щільністю та температурою. Зокрема, холодне нейтральне середовище має температури від ~ 50-100 К, а тепле нейтральне середовище становить від 6 000-10 000 К. За словами мого професора, було виявлено небагато газових хмар з температурою між цими двома.

Хтось знає, чому існує такий великий розрив?

temperature interstellar-medium

— Фітерос
джерело

Пов'язане: Наскільки холодним є міжзоряний простір? і розподіл щільності міжзоряного середовища .

— пела

Нехай , і щільність водню, температура газу та , де - щільність чисел го компонента міжзоряного середовища. Тоді ми можемо записати критерії теплової рівноваги як де і та функції нагрівання та охолодження, відповідно, та визначаються через ці функції та . Якщо рівновага нестабільне, для ентропії $n$ $T$ $x_i$ $n_i/n$ $n_i$ $i$

н^{2} Λ (н, Т, х_{i}) - н Γ (н, Т, х_{i}) \equiv н^{2} L = 0

$n^2\Lambda(n,T,x_i)-n\Gamma(n,T,x_i)\equiv n^2\mathcal{L}=0$

Λ

$\Lambda$

Γ

$\Gamma$

L

$\mathcal{L}$

n

$n$

(\frac{\partial L}{\partial S}) < 0

$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial S}\right)<0$

S

$S$ . Це призводить до різних умов нестабільності, що називаються ізохорними та ізобарними нестабільностями ( Field (1965) , ). Їх можна визначити з температури, тиску та щільності газу (також, якщо припустити, що газ можна наблизити до ідеального газу).

Eq 4 a, 4 b

$\text{Eq } 4a,4b$

Загалом, та складно визначити, хоча комбінації силового закону та експоненціально затухаючих факторів часто можуть бути достатніми. Приклад кривої, яка, здається, з’являється багато як приклад, була розрахована Dalgarno & McCray (1972) , малюнок 2: $\Lambda$ $\Gamma$

Більш точні вимірювання були зроблені з того часу, але загальна форма все ще застосовується. Тепла нейтральна середовище займає область біля різкої зміни приблизно в , а холодна нейтральна середовище займає область зліва від діаграми. Інший спосіб візуалізації цього є на такій діаграмі (з цих слайдів , анотованих Wolfire et al. (1995) ): $\sim10,000\text{ K}$ $\log P/\log n$

Насправді двофазна модель є надмірним спрощенням, і ISM має більш чіткі компоненти. Однак ізохорні / ізобарні нестабільності все ще обмежують діапазон, в якому можуть існувати хмари в стабільній рівновазі, і пояснюють недостатність газу у відповідному діапазоні температур.

Дозвольте детальніше зупинитися на термінах ізобаричних та ізохоричних . У термодинаміці іноді зручно припускати, що деякі термодинамічні змінні залишаються постійними в певній ситуації. Ізотермічні процеси відбуваються при постійній температурі; аналогічно, ізобарні процеси відбуваються при постійному тиску, а ізохорні процеси відбуваються при постійному обсязі.

Рівняння для двох нестабільності - Спочатку ми припускаємо, що хмара знаходиться в постійному обсязі, і оскільки загальна кількість речовини в системі є постійною, (середня) щільність також повинна бути постійною. У другому випадку ми припускаємо, що хмара знаходиться в постійному тиску. Таким чином, збурення, що призводять до нестабільності, виникають внаслідок збурень інших термодинамічних змінних.

\begin{matrix} (Ізохоричний) & {(\frac{\partial L}{\partial Т})}_{ρ} < 0 \end{matrix}

$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}<0\tag{Isochoric}$

\begin{matrix} (Ізобаричний) & {(\frac{\partial L}{\partial Т})}_{p} = {(\frac{\partial L}{\partial Т})}_{ρ} - \frac{ρ_{0}}{Т_{0}} {(\frac{\partial L}{\partial ρ})}_{Т} < 0 \end{matrix}

$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{p}=\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}-\frac{\rho_0}{T_0}\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial\rho}\right)_T<0\tag{Isobaric}$

Як остаточне зауваження про позначення, означає, що ми беремо часткову похідну відносно , зберігаючи постійний. Це звичайна термодинамічна умова.

{(\frac{\partial L}{\partial А})}_{Б}

$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial A}\right)_B$

L

$\mathcal{L}$

A

$A$

B

$B$

— HDE 226868
джерело

Як я розумію, хмари конкретно не перебувають у рівновазі. Чи заснований цей розрахунок лише на припущенні, що часовий масштаб достатньо довгий, щоб їх можна було розглянути в рівновазі?

— Фітерос

@Phiteros Так, це лише приблизна рівновага. Порушення завжди з'являться, і вони можуть змінити температуру хмари, але ви не побачите, що масштабні зміни відбудуться раптово без впливу ззовні.

— HDE 226868

Хороше запитання, хороша відповідь, тепер я поставив подальше запитання .

— uhoh