Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 

На первую страницу
Физика Дисков

<< 6.1 Возбуждение грав. волн плотности | Оглавление | 6.3 Сложные спиральные узоры >>


6.2 Гидродинамическая концепция образования спиральной структуры

На протяжении этой книги не раз упоминалось о гидродинамической концепции образования спиральных структур плоских галактик. Согласно этой концепции, предложенной А.М. Фридманом в 1972 г., спиральные рукава представляют собой волны плотности, нарастающие до нелинейных амплитуд из-за развития гидродинамических (неджинсовских) неустойчивостей в газовом галактическом диске. Различным аспектам этой концепции посвящен ряд обзорных статей и монографий [2,354,503-505].

В основе этой концепции лежит следующий факт. Газовый диск галактики, как правило, обладает массой, много меньшей массы звездного диска (см. п. 1.2.1) и, следовательно, . Из этого, казалось бы, должен следовать вывод, что газ не вносит заметного вклада в гравитационный потенциал. Это справедливо для осесимметричных моделей. Однако необходимо учитывать, что в бесстолкновительной плазме звезд везде, кроме центральных областей галактик, амплитуда плотности неосесимметричных особенностей значительно меньше полной плотности звездного диска ( ), тогда как в силу столкновительности газа распространяющиеся в нем возмущения плотности могут достигать значительных амплитуд (значком " " помечены возмущенные величины). Если значения величин и составляют несколько процентов от , то возможна ситуация , или даже (см. [349,504]).

Пусть в газовом диске возникло возмущение плотности. Для оценок (см. подробнее работу Фридмана [349]) воспользуемся выражением (4.2.11) для возмущенного гравитационного потенциала с учетом конечной толщины газового диска

(6.2.1)

Запишем выражение для возмущенной поверхностной плотности звездной компоненты в пренебрежении неоднородностью [см. (2.2.28),(2.2.38)]
(6.2.2)

Принимая во внимание условие , которое выполняется для Галактики [349], можно для оценок принять . Последнее соотношение совместно с (6.2.1) дает
(6.2.3)

В окрестности Солнца для длины волны спирального узора кпк и значений M/пк, км/с, пк, пк получаем
(6.2.4)

В области внутреннего максимума на кривой вращения ( кпк) это отношение оказывается еще меньше [349]. Как видим, при исследовании гидродинамических механизмов генерации спиральной структуры можно в первом приближении не учитывать возмущение звездной подсистемы.

Наиболее вероятным претендентом на роль генератора спиральной структуры (по времени развития и параметрам возникающих спиралей в рамках линейного анализа) среди гидродинамических неустойчивостей является центробежная. Эта неустойчивость возбуждается в области отрицательного градиента скорости в галактиках с двугорбыми кривыми вращения (в разд. 4.5 в рамках различных моделей подробно проанализированы условия возникновения центробежной неустойчивости и свойства возникающего спирального узора).

Обсуждаемая здесь проблема допускает уникальную возможность лабораторного моделирования ("галактика на кухонном столе"). Незлин и Снежкин [505] подробно описали как методику экспериментов на установке с вращающейся "мелкой водой", так и результаты. Поэтому ниже мы кратко остановимся только на основных моментах.

В основе возможности лабораторного моделирования спирального галактического узора лежит эквивалентность систем уравнений, описывающих динамику обширных центральных областей газовых дисков плоских галактик и тонкого слоя вращающейся несжимаемой жидкости. При этом толщина слоя жидкости соответствует поверхностной плотности сжимаемого газа, а роль скорости звука в газе играет характерная скорость волн на мелкой воде [327]. Для моделирования двугорбой кривой вращения ("скачка" скорости) можно использовать два параболоида, вращающихся с различной угловой скоростью. Проведенные опыты показали, что развитие неустойчивости приводит к возникновению спиральных волн поверхностной плотности различных азимутальных мод ( ). Спирали являются отстающими. Вращение спирального узора происходит со скоростью, промежуточной между скоростями вращения центральной части и периферии. Для определенной моды угловая скорость вращения спирального узора является монотонно возрастающей функцией от числа Маха (рис. 6.5). Каждая мода может существовать только в определенном диапазоне параметров. Так, в условиях рис. 6.5 моды могут реализоваться, если число Маха не превышает значений соответственно . Когда при плавном увеличении система проходит через эти границы, наблюдается перестройка данной моды в более крупномасштабную ( уменьшается). Перестройка мод является существенно нелинейным процессом -- это видно уже из того, что переходы между модами имеют скачкообразный и гистерезисный характер. Общая закономерность заключается в том, что число спиралей на периметре системы уменьшается при увеличении числа . Сравнение результатов лабораторных экспериментов с выводами линейной теории (речь не идет, разумеется, об амплитуде) свидетельствует о различиях, не превышающих 30%.

Рис. 6.5. Угловая скорость вращения спирального узора в зависимости от числа Маха . Указаны номера мод , стрелки показывают направление перестройки моды. (По результатам [505]).

Помимо центробежной неустойчивости в рамках гидродинамической концепции исследуются и другие. Между краем центрального молекулярного диска и особенностью на кривой вращения (излом или скачок) образуется волноводный слой, в котором могут "раскачиваться" неустойчивости резонансного типа, аналогичные обсуждавшимся в разд. 5.3 [506]. Другой возможный механизм -- резонансно-центробежный, обсуждается в разд. 4.5 и 6.3. К появлению крупномасштабного спирального узора должно приводить и развитие мод неустойчивости Папалойзу-Прингла с низшими азимутальными номерами даже в диске без особенностей на кривой вращения (см. п. 5.3.3). Предлагались и другие гидродинамические механизмы [507].



<< 6.1 Возбуждение грав. волн плотности | Оглавление | 6.3 Сложные спиральные узоры >>

Публикации с ключевыми словами: аккреционный диск - диск, галактический - гидродинамика - спиральная структура
Публикации со словами: аккреционный диск - диск, галактический - гидродинамика - спиральная структура
См. также:
Все публикации на ту же тему >>

Мнения читателей [2]
Оценка: 2.9 [голосов: 76]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце


Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования