Диссертация (1103913), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Îíàèñïîëüçóåò íàáëþäàòåëüíûå äàííûå î òîì, êàêèå õàðàêòåðèñòèêè èìååò ìåæçâåçäíàÿ ñðåäà òîãäà, êîãäà îáëàñòè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ çàïîëíÿþò âåñü ãàëàêòè÷åñêèé äèñê è ëèíåéíî ïðèáëèæàåò èõ çíà÷åíèÿ äëÿ ïðîìåæóòî÷íûõ âåëè÷èíòåìïà çâåçäîîáðàçîâàíèÿ. Ýòó ïàðàìåòðèçàöèþ ìîæíî óñîâåðøåíñòâîâàòü [37],èñïîëüçîâàâ äàííûå î òîì, êàê çâåçäîîáðàçîâàíèå âëèÿåò íà ïëîòíîñòü ìåæçâåçäíîé ñðåäû (îáúåìíûé çàêîí Êåííèêóòà Øìèäòà [10, 11]), ïîëóòîëùèíó ãàëàêòè÷åñêîãî äèñêà [89] è äðóãèå âåëè÷èíû, êîòîðûå ñóùåñòâåííû äëÿ67äèíàìî-ìåõàíèçìà.Âî-âòîðûõ, ìîæíî ïîñòðîèòü âçàèìîñâÿçü ìåæäó çâåçäîîáðàçîâàíèåì è ãàëàêòè÷åñêèì äèíàìî íà òîì, ÷òî çâåçäîîáðàçîâàíèå ëîêàëüíûé ïðîöåññ.
Îáëàñòè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ èìåþò ìàëûé ðàçìåð, æèâóò îòíîñèòåëüíî íåäîëãî (ïîñðàâíåíèþ ñ õàðàêòåðíûìè äëÿ ãàëàêòè÷åñêîãî äèíàìî âðåìåíàìè) è âîçíèêàþò â äîâîëüíî ñëó÷àéíûõ ìåñòàõ. Ïîýòîìó äîïóñòèì è äðóãîé ñïîñîá èññëåäîâàíèÿ çàâèñèìîñòè ïîâåäåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ îò èíòåíñèâíîñòè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ, ñâÿçàííûé ñ èçó÷åíèåì óðàâíåíèé, ñîäåðæàùèõ ñëó÷àéíûå êîýôôèöèåíòû [46]. Îäíî èç çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòà, îòâå÷àþùåãî çà àëüôà-ýôôåêò,ñîîòâåòñòâóåò ïîäîãðåòîìó íåéòðàëüíîìó âîäîðîäó, âòîðîå îáëàñòÿì èîíèçîâàííîãî ãàçà. Âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî êîýôôèöèåíò ïðèíèìàåò âòîðîå çíà÷åíèå,ñîîòâåòñòâóåò êîíöåíòðàöèè èîíèçîâàííîãî ãàçà è ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ òåìïîìçâåçäîîáðàçîâàíèÿ.Îòìåòèì, ÷òî âòîðàÿ ìîäåëü ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà íå òîëüêî äëÿ èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ çâåçäîîáðàçîâàíèÿ íà ìàãíèòíîå ïîëå, íî è äëÿ áîëåå îáùåéçàäà÷è î òîì, êàê âåäåò ñåáÿ êðóïíîìàñøòàáíîå ïîëå ãàëàêòèê ïðè íàëè÷èèñèëüíî íåîäíîðîäíîé ñðåäû, ãäå øèðîêî ïðåäñòàâëåíà êàê èîíèçîâàííàÿ, òàê èíåéòðàëüíàÿ êîìïîíåíòà ìåæçâåçäíîãî ãàçà.2.
Ëèíåéíàÿ ïàðàìåòðèçàöèÿ óïðàâëÿþùèõ ïàðàìåòðîâ äèíàìîÐàññìîòðèì äëÿ íà÷àëà íàèáîëåå ïðîñòóþ ïàðàìåòðèçàöèþ îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê ìåæçâåçäíîé ñðåäû. Òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ X ìû áóäåì èçìåðÿòüâ åäèíèöàõ, äëÿ êîòîðûõ X = 1 â ñëó÷àå Ìëå÷íîãî Ïóòè, à ïðîöåññ ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåí ïî âñåìó ãàëàêòè÷åñêîìó äèñêó. Ïîëîæèì, ÷òî ïîëóòîëùèíà ãàëàêòè÷åñêîãî äèñêà ïðè X = 1 ñîñòàâëÿåò h0 = 500 ïê, ñêîðîñòü òóðáóëåíòíûõ äâèæåíèé ñîîòâåòñòâóåò ñêîðîñòÿì íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà HI è ðàâíàv0 = 10 êì ñ−1 [90].Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî îñíîâíàÿ ðîëü çâåçäîîáðàçîâàíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â èçìåíåíèè êîëè÷åñòâà èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà â ãàëàêòèêå. Íàèáîëåå ïðîñòî îöå68íèòü ýòó âçàèìîñâÿçü, èñïîëüçóÿ íàáëþäàòåëüíûå äàííûå îá îáëàñòÿõ HII âãàëàêòèêå M 31.
Ñîãëàñíî [91] â äàííîé ãàëàêòèêå åñòü îêîëî 103 îáëàñòåéèîíèçîâàííîãî âîäîðîäà, ïðè÷åì îíè ðàñïîëàãàþòñÿ â ïðèýêâàòîðèàëüíîé îáëàñòè ïîëóòîëùèíîé îêîëî 50 ïê. Ðàäèóñ äàííîé ãàëàêòèêè ìîæíî ïîëàãàòüðàâíûì 15 êïê [92]. Òàêèì îáðàçîì, ìû ïîëó÷àåì, ÷òî îáùèé îáúåì äàííûõ îáëàñòåé ñîñòàâëÿåò îêîëî 0.007 îò îáúåìà ãàëàêòè÷åñêîãî äèñêà ïðè z < 50 ïê.Ïðè ýòîì, òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ â Ìëå÷íîì Ïóòè ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 1 M⊙ ã−1 [93].  òî æå âðåìÿ, äëÿ M 31 äàííàÿ öèôðà ñîñòàâëÿåò îêîëî0.4 M⊙ ã−1 [94, 95].
Ïîýòîìó ïîëîæèì, ÷òî äëÿ Ìëå÷íîãî Ïóòè äîëÿ èîíèçîâàííîãî âîäîðîäà ñîñòàâëÿåò îêîëî 0.015. Òàêèì îáðàçîì, åñëè òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ óâåëè÷èòñÿ ïðèìåðíî â 70 ðàç, òî îáëàñòè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ çàéìóòïðàêòè÷åñêè âåñü äèñê â óêàçàííûõ ïðåäåëàõ. òîì ñëó÷àå, åñëè îáëàñòè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ çàíèìàþò âåñü äèñê, òî çàñ÷åò ôîíòàíîâ â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè îáðàçóåòñÿ òàê íàçûâàåìûé äèñêÐåéíîëüäñà [96].
Ïîýòîìó ìîæíî ïîëîæèòü, ÷òî ïðè X = 70 óïðàâëÿþùèå ïàðàìåòðû äèíàìî áóäóò âåñòè ñåáÿ òàê, êàê îíè âåäóò ñåáÿ â ñëó÷àå äèñêà Ðåéíîëüäñà. Äëÿ ïîëóòîëùèíû äèñêà Ðåéíîëüäñà âîçüìåì h = 1000 ïê [97]. Äèñïåðñèþñêîðîñòåé òóðáóëåíòíûõ äâèæåíèé ïðèìåì ðàâíîé v = 35 êì ñ−1 [98].Åñëè ìû èíòåðïîëèðóåì ëèíåéíî ïîëóòîëùèíó ãàëàêòè÷åñêîãî äèñêà h èäèñïåðñèþ ñêîðîñòåé v äëÿ 1 < X < 70, òî ïîëó÷èì [8]:h = h0 + ah X,(31)v = v0 + av X,(32)ãäå ah = 7.2 ïê, av = 0.36 êì ñ−1 .
×òî êàñàåòñÿ ïëîòíîñòè ìåæçâåçäíîãî ãàçà, òî ïðèìåì, ÷òî â îáëàñòÿõ èîíèçîâàííîãî ãàçà îíà íà ïîðÿäîê ïðåâûøàåòïëîòíîñòü íåéòðàëüíîé êîìïîíåíòû, ïîýòîìó:ρ= 1 + aρ X,ρ0ãäå aρ = 0.12, à ρ0 ïëîòíîñòü àòîìàðíîãî âîäîðîäà â Ìëå÷íîì Ïóòè.69(33)100-1B,G1010-2051015t, GyrÐèñ. 17. Ìàãíèòíîå ïîëå ïðè âñïûøêå çâåçäîîáðàçîâàíèÿ íà íà÷àëüíîé ñòàäèèýâîëþöèè ãàëàêòèêè. Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ ïîêàçûâàåò ñëó÷àé X0 = 1, ïóíêòèðíàÿ X0 = 5, øòðèõîâàÿ X0 = 10, øòðèõïóíêòèðíàÿ X0 = 15.Äëÿ âñïûøêè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ ìû ïðèíèìàåì, ÷òî òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ X ïðèíèìàåò îäíî è òî æå çíà÷åíèå íà âñåì ïðîòÿæåíèè T âñïûøêè; ïðèýòîì, â îñòàëüíîå âðåìÿ X = 1 (ò.å.
òàêîå æå, êàê è â Ìëå÷íîì Ïóòè).1 ïðè t < t0 ;X = X0 ïðè t0 < t < t + T ;1 ïðè t > t + T.Âîçìîæíîñòü ãåíåðàöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ îïèñûâàåòñÿ áåçðàçìåðíûì äèíàìî÷èñëîì D:9h2 Ω2D=,v2ãäå Ω óãëîâàÿ ñêîðîñòü âðàùåíèÿ ãàëàêòèêè [2]. Ïðè ýòîì, ìàãíèòíîå ïîëåðàñòåò ïðè D > Dcr ≈ 7, â òî æå âðåìÿ â òàêèõ ãàëàêòèêàõ êàê Ìëå÷íûéÏóòü D ≈ 10 Èñïîëüçóÿ ïðåäëîæåííóþ âûøå ïàðàìåòðèçàöèþ, ïîëó÷èì ÷òîðîñò ìàãíèòíîãî ïîëÿ âîçìîæåí ïðè X < 10, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå áóäåò ëèøüçàòóõàíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ.70Ðàññìîòðèì ñèñòåìó óðàâíåíèé no-z ìîäåëè (8)(9) â ïðîñòåéøåì âèäå:)∂(rBr ) ;(34)r∂r()∂Bφπ2∂∂= −Rω Br − Bφ + λ2(rBφ ) .(35)∂τ4∂r r∂rÑèñòåìà (34)() çàïèñàíà â áåçðàçìåðíûõ åäèíèöàõ, ãäå âðåìÿ τ èçìåðÿåòñÿ â∂∂Brπ2= −Rα Bφ − Br + λ2∂τ4∂r(åäèíèöàõ h2 /η.
Äëÿ âÿçêîñòè èìååì η = lv/3. Ïîëàãàÿ h = 500 ïê, l = 100 ïê,v = 10 êì ñ−1 , ïîëó÷èì ïðè îòñóòñòâèè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ ñëåäóþùåå ïðàâèëî äëÿ ïåðåõîäà ê ¾ðàçìåðíîìó¿ âðåìåíè (äàëåå, åñëè íå îãîâîðåíî èíîå, âñåâðåìåíà èçìåðÿþòñÿ â ãîäàõ, ìàãíèòíûå ïîëÿ - â ìêÃñ):dt = 7.3 · 108 dτ. ñëó÷àå, åñëè â ãàëàêòèêå ïðèñóòñòâóåò ñóùåñòâåííîå çâåçäîîáðàçîâàíèå, ìûäîëæíû ó÷åñòü ïàðàìåòðèçàöèþ (31)(32). Òîãäà:dt = 7.3 · 108ah2h0 X)dτ+ av0v X(1 +1= 7.3 · 10+ 0.0144X)2dτ.1 + 0.036X8 (1Äëÿ áåçðàçìåðíûõ ïàðàìåòðîâ ïîëîæèì â îòñóòñòâèå çâåçäîîáðàçîâàíèÿ: Rα =1, Rω = 9, λ = 0.05. Ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî Rα =Rα =h2 Ωl2η h2=3Ωlv ,ïîëó÷èì:11+.avv0 X×òîáû ó÷åñòü, ÷òî ðîñò ìàãíèòíîãî ïîëÿ îãðàíè÷åí óðîâíåì ðàâíîðàñïðåäåëå-√íèÿ B ∗ = v 4πρ, ìîäèôèöèðóåì êîýôôèöèåíò ñëåäóþùèì îáðàçîì:Rα →Rα.1 + B 2 /B ∗2Åñëè â îòñóòñòâèå çâåçäîîáðàçîâàíèÿ B ∗ = 1 ìêÃñ, òî â îáùåì ñëó÷àå:avX)(1 + aρ X)1/2 .v0Îêîí÷àòåëüíî êîýôôèöèåíò ìîæíî çàïèñàòü â âèäå:11Rα =avB21 + v0 X 1 + (1+ av X)(1+a1/2ρ X)B ∗ = (1 +v071(36)0.5B,G1.00.0101112131415t, GyrÐèñ.
18. Ìàãíèòíîå ïîëå ïðè âñïûøêå çâåçäîîáðàçîâàíèÿ íà ñîâðåìåííî ñòàäèèýâîëþöèè ãàëàêòèêè. Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ ïîêàçûâàåò ñëó÷àé X0 = 1, ïóíêòèðíàÿ X0 = 5, øòðèõîâàÿ X0 = 10, øòðèõïóíêòèðíàÿ X0 = 15.èëè, ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, ïîëó÷èìRα =11 + 0.036X 1 +Äëÿ êîýôôèöèåíòà Rω =h2 Ωη=3h2 ΩlvRω =1B2(1+0.036X)(1+0.12X)1/2ïîëó÷èì ñëåäóþùóþ ïàðàìåòðèçàöèþ:9(1 +1+ah2h0 X),avv0 Xèëè9(1 + 0.0144X)2.Rω =1 + 0.036XÄëÿ êîýôôèöèåíòà λ = h/R ïîëó÷èì:λ = 0.05(1 +ahX),h0èëèλ = 0.05(1 + 0.0144X).7210100-1B,G1011010-2-3012345t, GyrÐèñ.
19. Ìàãíèòíîå ïîëå ïðè âñïûøêå çâåçäîîáðàçîâàíèÿ íà íà÷àëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè ãàëàêòèêè (ìîäåëü ñ ó÷åòîì ïîòîêîâ ñïèðàëüíîñòè). Ñïëîøíàÿëèíèÿ ïîêàçûâàåò ñëó÷àé ΣSF R = 0.004 M⊙ ã−1 êïê−2 , ïóíêòèðíàÿ ΣSF R =0.01 M⊙ ã−1 êïê−2 , øòðèõîâàÿ ΣSF R = 0.02 M⊙ ã−1 êïê−2 , øòðèõïóíêòèðíàÿ ΣSF R = 0.1 M⊙ ã−1 êïê−2 ,Íà÷àëüíûå è ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ äëÿ äàííîé ñèñòåìû óðàâíåíèé áðàëèñü âñëåäóþùåì âèäå:Br (t, 0) = Bφ (t, 0) = Br (t, 1) = Bφ (t, 1) = 0,Br (0, r) = −0.0031 sin (πr) , Bφ (0, r) = 0.0094 sin (πr) .Ïîäîáíûé âûáîð íà÷àëüíûõ óñëîâèé îáóñëîâëåí òåì, ÷òî â òàêîì ñëó÷àå íà÷àëüíîå ïîëå íàèáîëåå áëèçêî ê ñîáñòâåííîé ôóíêöèè ëèíåàðèçîâàííîé çàäà÷è,è ðîñò ïîëÿ ïðîèñõîäèò íàèáîëåå áûñòðî. Ðåçóëüòàòû ïîêàçàíû íà ðèñ.
1718. Äëÿ äëèòåëüíîñòè âñïûøêè áðàëîñü T = 2. Ðèñ. 17 ïîêàçûâàåò ñèòóàöèþ, êîãäà âñïûøêà ïðîèñõîäèò íà ñòàäèè ôîðìèðîâàíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ(t0 = 2 ìëðä.ëåò). Ñïëîøíàÿ êðèâàÿ äåìîíñòðèðóåò ýâîëþöèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ ¾ñïîêîéíîé¿ ãàëàêòèêè ñ òåìïîì çâåçäîîáðàçîâàíèÿ êàê â Ìëå÷íîì Ïóòè(X = 1).
Ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ ïîêàçûâàåò ãàëàêòèêó, òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ â73êîòîðîé âûñîê, íî íèæå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ (X = 5).  òàêîì ñëó÷àå ðîñò ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðîäîëæàåòñÿ, õîòÿ è ñ ìåíüøåé ñêîðîñòüþ. Åñëè çíà÷åíèå òåìïàçâåçäîîáðàçîâàíèÿ áëèçêî ê ïîðîãó (X = 10, øòðèõîâàÿ ëèíèÿ), òî ðîñò ïîëÿîñòàíàâëèâàåòñÿ, íî ðàçðóøåíèÿ íå ïðîèñõîäèò. Íàêîíåö, ïðè êðàéíå èíòåíñèâíîì çâåçäîîáðàçîâàíèè (X = 15, øòðèõïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ) ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ, è îíî âîññòàíàâëèâàåòñÿ ëèøü ïî îêîí÷àíèè âñïûøêè.Ðèñ. 18 ïîêàçûâàåò âñïûøêó, ïðîèñõîäÿùóþ óæå â ñîâðåìåííóþ ýïîõó, êîãäà ìàãíèòíîå ïîëå óæå ñôîðìèðîâàëîñü (t0 = 11 ìëðä.ëåò). Ñïëîøíàÿ êðèâàÿ õàðàêòåðèçóåò ãàëàêòèêó ñ òåìïîì çâåçäîîáðàçîâàíèÿ êàê â Ìëå÷íîì Ïóòè(X = 1).
Ïðè óìåðåííîì çâåçäîîáðàçîâàíèè (X = 5, ïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ) ïîëåïðàêòè÷åñêè íå ìåíÿåòñÿ. Ïðè X = 10, â îòëè÷èå îò ïðåäûäóùåãî ñëó÷àå, ïîëåíå ñòàáèëüíî, à íà÷èíàåò ðàçðóøàòüñÿ. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ââèäó íåëèíåéíîñòè â êîýôôèöèåíòå Rα (36) åãî ýôôåêòèâíîå çíà÷åíèå âáëèçè óðîâíÿ íàñûùåíèÿ îêàçûâàåòñÿ ìåíüøå, ÷åì íà íà÷àëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè ãàëàêòèêè. ñëó÷àå èíòåíñèâíîãî çâåçäîîáðàçîâàíèÿ (X = 15, øòðèõïóíêòèðíàÿ êðèâàÿ)ìàãíèòíîå ïîëå òàê æå ðàçðóøàåòñÿ.Òàêèì îáðàçîì, ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî âëèÿíèå çâåçäîîáðàçîâàíèÿ íàìàãíèòíîå ïîëå äåéñòâèòåëüíî íîñèò ïîðîãîâûé ýôôåêò: ïðè ñëàáîé èíòåíñèâíîñòè åãî âëèÿíèå ïðàêòè÷åñêè íåçàìåòíî. Îäíàêî, åñëè âåëè÷èíà òåìïà çâåçäîîáðàçîâàíèÿ ïðåâûøàåò îïðåäåëåííîå ïîðîãîâîå çíà÷åíèå, òî ìàãíèòíîå ïîëåðàçðóøàåòñÿ è âîññòàíàâëèâàåòñÿ ëèøü ïîñëå îêîí÷àíèÿ âñïûøêè. Íà íà÷àëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè ãàëàêòèêè êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå òåìïà çâåçäîîáðàçîâàíèÿ ñîñòàâëÿåò X0 ≈ 10.
 ñîâðåìåííóþ ýïîõó, êîãäà ñóùåñòâåííû íåëèíåéíûå÷ëåíû â óðàâíåíèÿõ äèíàìî, êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå îêàçûâàåòñÿ íèæå: X0 ≈ 7.Ýòè îöåíêè, âïðî÷åì, áàçèðóþòñÿ íà äîâîëüíî íàèâíûõ ïðåäñòàâëåíèÿõ îçâåçäîîáðàçîâàíèè è îá ýâîëþöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Èõ ìîæíî óòî÷íèòü, ïðèíÿâáîëåå òî÷íûå ìîäåëè êàê äëÿ âçàèìîñâÿçè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ è ñâîéñòâ ÌÇÑ,òàê è äëÿ ìåõàíèçìà äèíàìî.743.
Çâåçäîîáðàçîâàíèå è ìîäåëü ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ ïîòîêàìèñïèðàëüíîñòèÎïèñàííûå âûøå ïðåäñòàâëåíèÿ î êèíåìàòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèêàõ ìåæçâåçäíîé ñðåäû áàçèðóþòñÿ íà ïðîñòûõ ëèíåéíûõ ïàðàìåòðèçàöèÿõ. Îäíàêî,íàáëþäàòåëüíûå äàííûå ïîêàçûâàþò, ÷òî âçàèìîñâÿçü ìåæäó èíòåíñèâíîñòüþçâåçäîîáðàçîâàíèÿ è ñâîéñòâàìè ãàçà íåñêîëüêî ñëîæíåå. Ïîýòîìó, òðåáóåòñÿèñïîëüçîâàòü áîëåå ñëîæíûå ìîäåëè.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
