Астронет: А. Г. Морозов, А. В. Хоперсков Физика Дисков http://variable-stars.ru/db/msg/1168623/node29.html

---

<< 4.5 Гидродинамические неустойчивости ... | Оглавление | 5. Аккреционные диски >>

Разделы

• 4.6.1 Крупномасштабные ударные волны в газовом диске
• 4.6.2 Спиральная структура в дисках с баром
• 4.6.3 Эксперименты с эволюционирующей перемычкой

---

4.6 Газовый диск в неосесимметричном потенциале

4.6.1 Крупномасштабные ударные волны в газовом диске

Возможность существования крупномасштабных ударных волн (УВ) в поле спиральной волны плотности была предсказана Фуджимото [375]. В последующих работах [376-380] были рассчитаны сверхзвуковые течения газа при прохождении через волну плотности (т.е. фактически через потенциальную яму) с возникновением ударных волн. Роль тепловых процессов, самогравитации, многофазности газа подробно описана в монографиях Марочника и Сучкова [7] и Горбацкого [4]. В вышеперечисленных работах либо течение считалось одномерным, либо использовалось приближение слабозакрученных логарифмических спиралей []. При переходе к спиральным координатам и

фронт спирали определяется уравнением ^4.12.

Существование галактических ударных волн в газовом диске подтверждается рядом наблюдательных фактов. Прежде всего к ним относится повышенная концентрация молодых звезд и пыли в узкой полосе вдоль спиральной волны (в области фронта УВ), что обусловлено сжатием вещества в ударной волне и тем самым улучшением условий для звездообразования.

4.6.2 Спиральная структура в дисках с баром

Гравитационная потенциальная яма, приводящая к возникновению ударных волн, может быть обусловлена также наличием бара (или массивным спутником). Влияние центрального бароподобного возмущения на процесс возбуждения и эволюции спирального узора галактик исследовалось в многочисленных газодинамических численных экспериментах [381-385].

В основе обсуждаемых работ лежит численное решение нестационарных уравнений газодинамики во внешнем потенциале

где -- осесимметричная часть потенциала, а неосесимметричное возмущение обычно выбирается в форме

Для безразмерной амплитуды в условиях стационарного состояния можно записать

здесь -- характерный масштаб бара.

В областях диска, вращающихся медленнее бара, генерируется двухрукавный спиральный узор. В окрестности коротации [ ] возможно образование кольцеобразных структур. Генерация спирального узора сильно зависит от соотношения угловых скоростей бара и диска. При прочих равных условиях, чем больше скорость вращения бара, тем больше угол закрутки спиралей [382,383]. С увеличением параметра угол уменьшается. В экспериментах в зависимости от параметров модели получаются как логарифмические, так и архимедовы спирали. По результатам работы [385] даже для наблюдалось формирование ударных волн.

4.6.3 Эксперименты с эволюционирующей перемычкой

Рассмотрим динамику газа в центральной части диска ( ) в гравитационном поле нарастающего бара, следуя работам [326,386]. Интерес к данной проблеме связан, в частности, с проблемой объяснения активных галактических ядер (разд. 1.4). Прежде всего, наблюдается корреляция между активностью ядра и наличием бара (или спутника) [116,387,388]; в ближайших сейфертовских галактиках обнаружены значительные некруговые движения газа, излучающего в запрещенных линиях [389,390], что указывает на возможное наличие ударных волн.

Существует точка зрения, что галактики с активными ядрами представляют собой особый, довольно малочисленный тип галактик [391]. Согласно противоположной концепции, большинство галактик проходит довольно короткую активную фазу (обсуждению этих концепций посвящен обзор Дибая [392]). В пользу второй концепции говорит тот факт, что в целом структура сейфертовских галактик (за исключением активного ядра) практически не отличается от структуры обычных плоских галактик [393] и большинство близких сейфертовских галактик обладают хотя бы небольшим баром [388].

Обсудим результаты моделирования газового диска в потенциале вида (4.6.3), (4.6.4), но растущим по амплитуде со временем

с . На "задней" кромке растущего по амплитуде бара формируется фронт ударной волны^4.13, при этом устанавливается бисимметричная секториальная структура течения: газ вытекает из центральной части диска в узких секторах и втекает в существенно более широких секторах (рис. 4.16). Максимальное значение в вытекающем потоке оказывается несколько большим половины скорости вращения газа на (рис. 4.17), что для сейфертовских галактик составляет км/с. Скорости направленных к центру диска потоков составляют не более км/с. Потоки втекающего () и вытекающего () газа лишь частично компенсируют друг друга (рис. 4.18). Суммарный радиальный поток газа существенно зависит от величины . В случае полный поток газа направлен практически постоянно наружу. В случае величина квазипериодически изменяет свое направление.

Отметим сходство ударной волны, полученной в экспериментах, с ударными волнами, непосредственно наблюдаемыми в ближайших галактиках NGC 3786 и 1365 [389,390]. В центральных частях активных галактик наблюдаются скорости вытекающего газа, превышающие скорость втекающего.

Анализ баланса потоков бисекториального течения газа крайне важен для понимания природы активности галактических ядер. Наиболее значимыми представляются два результата: квазипериодичность величины суммарного потока через окружность малого диаметра в центре ("прокачка" газа через ядро) и зависимость этой картины от контраста гравитационного потенциала бара. Высокую светимость активных галактических ядер ( эрг/с) обычно связывают с аккрецией газа на массивный центральный источник с темпом М/год на масштабах см. Однако такая схема предполагает, что причина активности связана с динамической структурой галактики, и в этом случае время жизни активных ядер оказывается порядка лет -- "длинная" шкала активности [392]. Оценка времени активной фазы по частоте встречаемости активных галактических ядер дает лет. Рекуррентный же характер активности связан только с нестационарными свойствами системы.

Модели с эволюционирующим баром дают возможность снять противоречие между "длинной" и "короткой" шкалами активности. Тот факт, что большинство сейфертовских галактик обладает баром, указывает на то, что активность части галактических ядер можно увязать с работой "квазипериодического" механизма накачки центральной "аккреционной машины" газом диска. Возбуждение бар-моды в центральных частях звездных дисков галактик приводит к такой перестройке движения газа, при которой в ядро галактики может периодически поставляться довольно значительная масса газа. Так, при типичных значениях кпк, км/с/кпк и М/ пк величина М/год (см. рис. 4.18). "Переработка" этого газа центральным аккрецирующим объектом может в принципе обеспечить наблюдаемую активность ядер галактик с характерным периодом проявления порядка нескольких десятков миллионов лет.

Отметим, что причиной формирования бара помимо возбуждения бар-моды в звездном диске (гл. 3) может служить пролетающий спутник галактики, который, кроме того, может приводить и к квазипериодическому поступлению газа в центр диска [116].

---

<< 4.5 Гидродинамические неустойчивости ... | Оглавление | 5. Аккреционные диски >>