Диссертация (1103913), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Ñëåäóåò îæèäàòü, ÷òî êîãäà âåëè÷èíû ýòèõ ýíåðãèé ñòàíóò ñðàâíèìûìè,òî ðîñò ïîëÿ ñíà÷àëà çàìåäëèòñÿ, à ïîòîì è âîâñå ïðåêðàòèòñÿ. Âåëè÷èíó ïîëÿB ∗ , ïðè êîòîðîé ñòàíîâÿòñÿ çíà÷èìûìè ýòè ýôôåêòû, ìîæíî îöåíèòü èñõîäÿèç ñëåäóþùèõ ñîîáðàæåíèé:ρv 2B ∗2=,8π223ãäå ρ ïëîòíîñòü ìåæçâåçäíîé ñðåäû, ïîýòîìó ïîëå íàñûùåíèÿ [2]:B∗ = v√4πρ. ñàìîì ãðóáîì ïðèáëèæåíèè ýòó ïðîáëåìó ìîæíî ðåøèòü, ââåäÿ íåëèíåéíóþìîäèôèêàöèþ êîýôôèöèåíòà àëüôà-ýôôåêòà:Rα →Rα.1 + B 2 /B ∗2(7)Äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ ãàëàêòèê ìû èñïîëüçóåì òàê íàçûâàåìîå ïëàíàðíîå ïðèáëèæåíèå (â àíãëîÿçû÷íîé ëèòåðàòóðå no-z ìîäåëü), ðàçðàáîòàííîå Ìîññîì, Ñóáðàìàíèàíîì, Ìåñòåëåì è äðóãèìè àâòîðàìè [12, 47]. Âðàìêàõ äàííîãî ïðèáëèæåíèÿ ïîëàãàåòñÿ, ÷òî ãàëàêòè÷åñêèé äèñê äîñòàòî÷íîòîíêèé, ïîýòîìó ìîæíî ðàññìàòðèâàòü çàâèñèìîñòü ëèøü îò äâóõ êîîðäèíàò,à ïðîèçâîäíûå âäîëü îñè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé ê åãî ïëîñêîñòè, ìîæíî çàìåíèòüàëãåáðàè÷åñêèìè âûðàæåíèÿìè.
 òî æå âðåìÿ, z -êîìïîíåíòà ìàãíèòíîãî ïîëÿìîæåò áûòü âîññòàíîâëåíà èç óñëîâèÿ ñîëåíîèäàëüíîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ. ðÿäå ñëó÷àåâ âîçìîæíîñòè îïèñàííîé ìîäåëè îêàçûâàþòñÿ íåäîñòàòî÷íûìè.  ìàãíèòíîé ãèäðîäèíàìèêå ââîäÿò òàê íàçûâàåìóþ ìàãíèòíóþ ñïèðàëüíîñòü χ êàê ñêàëÿðíîå ïðîèçâåäåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ H íà åãî âåêòîðíûé ïîòåíöèàë A :χ = (A, H).Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî â ïðåäåëå âûñîêîé ïðîâîäèìîñòè σ → ∞ ïîëíàÿ ñïèðàëüíîñòü∫VχdV (÷òî ñ áîëüøîé òî÷íîñòüþ âåðíî äëÿ òàêîé ñðåäû, êàê ìåæ-çâåçäíûé ãàç â ãàëàêòèêàõ) ÿâëÿåòñÿ èíòåãðàëîì äâèæåíèÿ è ñîõðàíÿåòñÿ [48].×òîáû ýòî ó÷åñòü, íåîáõîäèìî äîïîëíèòü êèíåìàòè÷åñêóþ ÷àñòü ñïèðàëüíîñòèαkin ñëàãàåìûì, ñâÿçàííûì ñ ìàãíèòíûì ïîëåì è ïðîïîðöèîíàëüíûì χ:α = αkin + αmagn .αmagn îáû÷íî èìååò îòðèöàòåëüíûé çíàê è ðàñòåò ïî ìîäóëþ ïðè óâåëè÷åíèèïîëÿ.
Ýòî îáåñïå÷èâàåò ïðåêðàùåíèå ðîñòà ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðè äîñòèæåíèè24èì îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ, è íå òðåáóåòñÿ ¾èñêóññòâåííîãî¿ ìåõàíèçìà ïîäàâëåíèÿ êàê â(7). Îñîáåííî âàæíûì îêàçûâàåòñÿ ó÷èòûâàòü çàêîí ñîõðàíåíèÿìàãíèòíîé ñïèðàëüíîñòè â òîì ñëó÷àå, êîãäà â ãàëàêòèêå åñòü àêòèâíûå ïðîöåññû (òàêèå êàê çâåçäîîáðàçîâàíèå, âçðûâû ñâåðõíîâûõ è ò.ï.) è ñóùåñòâóþòñóùåñòâåííûå ïîòîêè ìåæçâåçäíîãî ãàçà â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè.  òàêîì ñëó÷àå ñïèðàëüíîñòü âûäóâàåòñÿ èç äèñêàãàëàêòèêè â ãàëî, ÷òî îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíîå çàòóõàíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ [16].
Ïðîöåññû, ñâÿçàííûå ñ ýâîëþöèåé ìàãíèòíîé ñïèðàëüíîñòè, îïèñûâàþòñÿ îòäåëüíûì óðàâíåíèåì, êîòîðîå äîëæíî áûòü äîáàâëåíî â ñèñòåìó óðàâíåíèéãàëàêòè÷åñêîãî äèíàìî. Ýòî âíîñèò â ïîâåäåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ êà÷åñòâåííîíîâûå ÷åðòû ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì íå òîëüêî ìîíîòîííûé ðîñò èëè çàòóõàíèå ïîëÿ, íî è êîëåáàíèÿ åãî îòíîñèòåëüíî íåêîòîðîãî çíà÷åíèÿ, à îáùååïîâåäåíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ ¾ñìÿã÷àåòñÿ¿ [17].Êàê ïðàâèëî, ðàíåå ðàññìàòðèâàëèñü ìîäåëè äëÿ óñðåäíåííîãî ïî âñåé ãàëàêòèêå çíà÷åíèÿ ìàãíèòíîé ñïèðàëüíîñòè [17]. Çäåñü ðàññìàòðèâàåòñÿ áîëååïîëíàÿ ìîäåëü, ãäå ó÷èòûâàåòñÿ òàêæå è òî, ÷òî ñïèðàëüíîñòü ìîæåò îòëè÷àòüñÿ â ðàçëè÷íûõ ÷àñòÿõ ãàëàêòèêè. Ýòî òðåáóåò ââåäåíèÿ äîïîëíèòåëüíîãîñëàãàåìîãî, îïèñûâàþùåãî äèññèïàöèþ äàííîé âåëè÷èíû [49].3.
Ìàãíèòíûå ïîëÿ âî âíåøíèõ îáëàñòÿõ ãàëàêòèêèÄî ñèõ ïîð èññëåäîâàíèå ìàãíèòíûõ ïîëåé ãàëàêòèê îòíîñèëîñü â îñíîâíîìê âíóòðåííèì (íàõîäÿùèõñÿ íà ðàññòîÿíèè äî 1015 êïê îò öåíòðà) îáëàñòÿìãàëàêòèêè.  áîëüøîì ÷èñëå ðàáîò ïîêàçàíî (ñì., íàïð., [1]), ÷òî òàì ìîãóòñóùåñòâîâàòü ïîëÿ íàïðÿæåííîñòüþ ïîðÿäêà 10−6 Ãñ, ñóùåñòâîâàíèå êîòîðûõîáóñëîâëåíî ìåõàíèçìîì äèíàìî. Âîïðîñ î òîì, ïðîíèêàþò ëè ìàãíèòíûå ïîëÿâ áîëåå óäàëåííûå ðåãèîíû, õîòÿ áû äî ðàññòîÿíèé 2030 êïê, ðàíåå ïðàêòè÷åñêè íå èññëåäîâàëñÿ, ïðè÷åì ýòî îòíîñèòñÿ êàê ê íàáëþäåíèÿì, òàê è ê òåîðåòè÷åñêèì îöåíêàì.
Íåðîíîâûì è Ñåìèêîçîì [4] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî â ìåæãà25ëàêòè÷åñêîé ñðåäå ìîãóò ñóùåñòâîâàòü ìàãíèòíûå ïîëÿ íàïðÿæåííîñòüþ îêîëî10−15 Ãñ. Ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ âîïðîñ î òîì, âîçìîæíà ëè òàì ãåíåðàöèÿ ïîëåéáîëüøåé âåëè÷èíû.Äàííàÿ ðàáîòà ïðîâîäèëàñü ñîâìåñòíî ñ ãðóïïîé àâòîðîâ [33]. Êàñïàðîâîé èÇàñîâûì áûëè âû÷èñëåíû çíà÷åíèÿ êèíåìàòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ â îêðàèííûõ÷àñòÿõ ãàëàêòèêè.
Îíè âû÷èñëÿëèñü â ðàìêàõ äâóõ ðàçíûõ ïîäõîäîâ ê ñòðîåíèþ ãàëàêòèêè. Ñîãëàñíî ïåðâîìó, ïîëóòîëùèíà äèñêà ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííîéâåëè÷èíîé, è â òàêîì ñëó÷àå ñêîðîñòü òóðáóëåíòíûõ äâèæåíèé ïàäàåò ïî ìåðåóäàëåíèÿ îò öåíòðà ãàëàêòèêè.  ðàìêàõ âòîðîãî ïîäõîäà ïîñòîÿííîé âåëè÷èíîéÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòü òóðáóëåíòíûõ äâèæåíèé, à ïîëóòîëùèíà äèñêà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ äî öåíòðà. Êîíå÷íî, äàííûå ïîäõîäû èëëþñòðèðóþòíåêîòîðûå ïðåäåëüíûå ñëó÷àè, íî îáà äàþò êà÷åñòâåííî îäèíàêîâûå ðåçóëüòàòû: ìàãíèòíîå ïîëå ìîæåò ïðîíèêàòü íà ðàññòîÿíèÿ ïî êðàéíåé ìåðå äî 30 êïêîò öåíòðà ãàëàêòèêè, õîòÿ åãî íàïðÿæåííîñòü òàì îêàçûâàåòñÿ íà 12 ïîðÿäêàìåíüøå, à ñàì ðîñò íàìíîãî áîëåå ìåäëåííûé.Ðîñò ìàãíèòíîãî ïîëÿ âîçìîæåí çà ñ÷åò äâóõ ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ.
Ïåðâûé èç íèõ ñâÿçàí ñ ãåíåðàöèåé ìàãíèòíîãî ïîëÿ çà ñ÷åò äèíàìî âî âíåøíèõîáëàñòÿõ: äèíàìî-÷èñëî ìîæåò íåçíà÷èòåëüíî ïðåâûøàòü êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ðîñò ïîëÿ. Âòîðîé îáóñëîâëåí ðàñïðîñòðàíåíèåì âîëíûâî âíåøíèå ÷àñòè ãàëàêòèêè, ñêîðîñòü Vprop êîòîðîé îöåíèâàåòñÿ ïî ôîðìóëå [3]:Vprop =√Γηt ,ãäå Γ ñêîðîñòü ðîñòà ìàãíèòíîãî ïîëÿ â äàííîé òî÷êå.
Ýòî ìåõàíèçì â öåëîìàíàëîãè÷åí òîìó, ÷òî èññëåäîâàëîñü Êîëìîãîðîâûì, Ïåòðîâñêèì è Ïèñêóíîâûì â [50]. Ïåðâîíà÷àëüíî ïîëå ðàñòåò âî âíóòðåííèõ ÷àñòÿõ, è çàòåì ôîðìèðóåòñÿ ôðîíò, êîòîðûé äâèæåòñÿ â ïðîòèâîïîëîæíóþ îò öåíòðà ñòîðîíó. Äàííàÿ çàäà÷à ïðåäñòàâëÿåò òàêæå èíòåðåñ è ñ òî÷êè çðåíèÿ äâèæåíèÿ ôðîíòîââ àñèìïòîòè÷åñêîé òåîðèè êîíòðàñòíûõ ñòðóêòóð [7].  ñâÿçè ñ îñîáåííîñòÿìè äàííîé çàäà÷è çäåñü íàáëþäàåòñÿ èíòåðåñíûé ýôôåêò: óñòîé÷èâûå ðåøåíèÿ26íåëèíåéíîé çàäà÷è íà îïðåäåëåííîì ðàññòîÿíèè îò öåíòðà ãàëàêòèêè óõîäÿò âêîìïëåêñíóþ îáëàñòü, è çàêîíû ðàñïðîñòðàíåíèÿ ôðîíòà îêàçûâàþòñÿ îòëè÷íûìè îò áîëüøèíñòâà ïîäîáíûõ óðàâíåíèé.
Åùå îäíà ñëîæíîñòü çàêëþ÷àåòñÿâ òîì, ÷òî ãàëàêòè÷åñêîå ìàãíèòíîå ïîëå ÿâëÿåòñÿ ìíîãîìåðíîé âåëè÷èíîé, èíåîáõîäèìî ðåøàòü ñèñòåìó èç äâóõ óðàâíåíèé ñ ìàëûì ïàðàìåòðîì.4. Ìàãíèòíûå ïîëÿ â ãàëàêòèêàõ ñ âûñîêèì òåìïîìçâåçäîîáðàçîâàíèÿ ïîñëåäíåå âðåìÿ â àñòðîíîìè÷åñêîé ëèòåðàòóðå [1] àêòèâíî îáñóæäàåòñÿâîïðîñ î òîì, ÷òî èíòåíñèâíîå çâåçäîîáðàçîâàíèå ìîæåò âëèÿòü íà ïîâåäåíèå ãàëàêòè÷åñêîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ.
Äåéñòâèòåëüíî, îáû÷íî çâåçäîîáðàçîâàíèå ñâÿçàíî ñ âçðûâàìè ñâåðõíîâûõ, èñòå÷åíèÿìè èç çâåçä è äðóãèìè ïðîöåññàìè, êîòîðûå ñåðüåçíî ìåíÿþò ñâîéñòâà ìåæçâåçäíîé òóðáóëåíòíîñòè, êîòîðàÿ òåñíîñâÿçàíà ñ àëüôà-ýôôåêòîì. Òåì íå ìåíåå, òî÷íîå èññëåäîâàíèå äàííîãî ìåõàíèçìà ñîïðÿæåíî ñ òðóäíîñòÿìè, ïðè÷åì ýòî êàñàåòñÿ êàê íàáëþäàòåëüíîé, òàêè òåîðåòè÷åñêîé ñòîðîíû âîïðîñà.Ñ íàáëþäàòåëüíîé òî÷êè çðåíèÿ òðóäíîñòü ñîñòîèò â òîì, ÷òî â íàñòîÿùååâðåìÿ õîðîøî èçó÷åíî ìàãíèòíîå ïîëå ëèøü íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ãàëàêòèê, ïðàêòè÷åñêè âñå èç êîòîðûõ ìàëî îòëè÷àþòñÿ îò Ìëå÷íîãî Ïóòè è Ì 31, íà èññëåäîâàíèè êîòîðûõ ñòðîèëàñü òåîðèÿ ãàëàêòè÷åñêîãî äèíàìî. Èíòåíñèâíîñòüçâåçäîîáðàçîâàíèÿ â òàêèõ ãàëàêòèêàõ, êàê ïðàâèëî, íåâûñîêà.
Åäèíñòâåííûìè ïðèìåðàìè ãàëàêòèê, â êîòîðûõ òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ äîñòàòî÷íî âåëèê èäëÿ êîòîðûõ åñòü äàííûå î ìàãíèòíîì ïîëå, ÿâëÿþòñÿ, ïî-âèäèìîìó, NGC 6946è NGC 253. Òåì íå ìåíåå, ñëîæíî ãîâîðèòü î òîì, ÷òî èëëþñòðèðóþò äàííûåïðèìåðû. Ðóêàâà ìàãíèòíîãî ïîëÿ â NGC 6946 ðàñïîëîæåíû ìåæäó ìàòåðèàëüíûìè ðóêàâàìè [51]. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ýòî ìîæíî òîëêîâàòü êàê âûòåñíåíèåìàãíèòíîãî ïîëÿ èç îáëàñòåé, ãäå âåëèêà ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü çâåçäîîáðàçîâàíèÿ, ñ äðóãîé íå èñêëþ÷åíî, ÷òî â äàííîé ãàëàêòèêå ðóêàâà ìàãíèòíîãîïîëÿ âðàùàþòñÿ ïî ñâîåìó çàêîíó, îòëè÷íîìó îò çàêîíà âðàùåíèÿ âñåé ãàëàê27òèêè.
Ãàëàêòèêà NGC 253 èìååò êðàéíå ìàëûå ëèíåéíûå ðàçìåðû, ïîýòîìóõàðàêòåðíûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, îòâå÷àþùèõ çà ðîñò ìàãíèòíîãî ïîëÿ, òàìíå òàêèå, êàê â Ìëå÷íîì Ïóòè èëè M 31 [52]. Ïîýòîìó áûë ïðîâåäåí àíàëèç íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ è ñîñòàâëåí ñïèñîê ãàëàêòèê ñ âûñîêèì òåìïîì çâåçäîîáðàçîâàíèÿ, êîòîðûå ìîæíî èññëåäîâàòü íà ïðåäìåò íàëè÷èÿ òàì ìàãíèòíîãîïîëÿ. òåîðåòè÷åñêîì ïëàíå òðóäíîñòü ñîñòîèò â ñëåäóþùåì. Óðàâíåíèÿ ãàëàêòè÷åñêîãî äèíàìî ñîäåðæàò êîýôôèöèåíòû, îïèñûâàþùèå ñâîéñòâà ìåæçâåçäíîéñðåäû è íå âêëþ÷àþò â ÿâíîì âèäå ïîâåðõíîñòíóþ ïëîòíîñòü èëè òåìï çâåçäîîáðàçîâàíèÿ: ñêîðîñòü òóðáóëåíòíûõ äâèæåíèé, ïëîòíîñòü ãàçà è ïîëóòîëùèíó äèñêà.
Âçàèìîñâÿçü ïëîòíîñòè ìåæçâåçäíîé ñðåäû è èíòåíñèâíîñòè çâåçäîîáðàçîâàíèÿ ìîæíî îïèñàòü ïðè ïîìîùè òàê íàçûâàåìîãî îáúåìíîãî çàêîíàÊåííèêóòòàØìèäòà [10, 11], à ïàðàìåòðèçàöèÿ äëÿ ñðåäíåé ñêîðîñòè òóðáóëåíòíûõ äâèæåíèé è ïîëóòîëùèíû ãàëàêòè÷åñêîãî äèñêà ââîäèòñÿ, ñëåäóÿ ðàáîòàì àâòîðà äèññåðòàöèè [8, 37]. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóþòñÿ êàê òåîðåòè÷åñêèåîöåíêè, òàê è àíàëèç íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ.Äëÿ èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ çâåçäîîáðàçîâàíèÿ íà ìàãíèòíîå ïîëå ãàëàêòèêìîæíî èñïîëüçîâàòü äâà ðàçëè÷íûõ ïîäõîäà.
Ñ îäíîé ñòîðîíû, åñëè äàííûéïðîöåññ äîñòàòî÷íî ðàâíîìåðíî ¾ðàçìàçàí¿ ïî âñåìó äèñêó, òî ìîæíî ââåñòèóñðåäíåííûå õàðàêòåðèñòèêè, êîòîðûå áóäóò âêëþ÷åíû â óðàâíåíèÿ äèíàìî.Îòìåòèì, ÷òî çäåñü èñêëþ÷èòåëüíî âàæíî èñïîëüçîâàòü ìîäåëü ñ ó÷åòîì ïîòîêîâ ñïèðàëüíîñòè, ïîñêîëüêó ïðè âûñîêèõ òåìïàõ çâåçäîîáðàçîâàíèÿ âîçðàñòàåòðîëü âåðòèêàëüíûõ äâèæåíèé ïëàçìû, âûíîñÿùèõ ìàãíèòíîå ïîëå. Ñ äðóãîé äîñòàòî÷íî ÷àñòî çâåçäîîáðàçîâàíèå ñîñðåäîòî÷åíî â îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèõîáëàñòÿõ, à ïðîäîëæèòåëüíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ âñïûøåê îêàçûâàåòñÿ ìàëûìïî ñðàâíåíèþ ñ õàðàêòåðíûìè äëÿ äèíàìî âðåìåíàìè. Ïîýòîìó â äàííîì ñëó÷àå íàèáîëåå óäîáíî ðàññìîòðåòü ñòîõàñòè÷åñêóþ ìîäåëü, â êîòîðîé ìíîæåñòâîïàðàìåòðîâ, óïðàâëÿþùèõ äèíàìî, ìîæåò ïðèíèìàòü ñ îïðåäåëåííîé âåðîÿòíîñòüþ îäèí èç äâóõ âîçìîæíûõ íàáîðîâ çíà÷åíèé.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
