Астронет: А. Г. Морозов, А. В. Хоперсков Физика Дисков http://variable-stars.ru/db/msg/1168623/node37.html

---

<< 6.2 Гидродинамическая концепция ... | Оглавление | Литеpатуpа >>

6.3 Сложные спиральные узоры галактик

Красивые правильные спирали, получающиеся у теоретиков в рамках волнового подхода Линдблада (безотносительно к механизму генерации), в природе скорее исключение, чем правило. Весьма часто наблюдаются сложные структуры [3]. Различают - и -формы, многоярусность, ветвления (в том числе ветви, начинающиеся как бы "ниоткуда"); во взаимодействующих галактиках встречаются более сложные структуры ("хвосты", "перемычки", "мосты", "усы", "антенны") [107]. Не будем здесь касаться вопроса о происхождении флоккулентных спиралей и взаимодействующих систем. Несмотря на еще имеющиеся трудности волновой теории, возбуждением и самоподдержанием той или иной гравитационной или гидродинамической моды колебаний, вообще говоря, удается объяснить генерацию спиральной структуры с тем или иным числом рукавов в той или иной галактике. Для понимания причин образования более сложных наблюдаемых спиральных узоров (ветвления рукавов в таких галактиках, как NGC 151, 1288, 1297, 2997, 4725, 4736, 5033, 6946, 7412 и др.) необходимы дополнительные предположения. Так, например, в процессе лабораторного моделирования на "мелкой воде" был обнаружен эффект перестройки азимутальных мод (изменение числа рукавов генерируемых спиралей) при плавном изменении скорости вращения внутренней части установки ("ядра" галактики) в ходе эксперимента (см. рис. 6.5). В связи с этим была высказана гипотеза, что наблюдаемые галактики с ветвящимися рукавами находятся в существенно нестационарном состоянии и соответственно ветвление рукавов представляет собой переходный процесс перестройки азимутальных мод [354,505]. В то же время широкая распространенность галактик с ветвящимися рукавами указывает, вероятно, на длительный срок существования этих образований, что не совсем укладывается в рамки представления о сильной нестационарности таких систем.

Обсудим другую идею, основанную на возможности одновременного существования (суперпозиции) в диске галактики двух или нескольких колебательных мод с одинаковыми или различными азимутальными номерами и с одинаковыми или различными механизмами возбуждения (гравитационным и/или гидродинамическим)^6.3[371,372]. Подчеркнем, что речь идет о квазистационарных модах, обусловленных одновременным развитием различных неустойчивых мод в одной и той же области диска. В рамках такого предположения, помимо ветвления рукавов, можно объяснить наличие плотного газового кольца, наложенного на спиральную структуру (NGC 1024, 2223, 3124, 3344, 7329 и др.), существование в одном спиральном узоре рукавов с различным углом закрутки, наличие спиральной структуры в центральной области бара (NGC 1512) и т.д. В работе [371] были рассмотрены сложные спиральные узоры галактик как результат суперпозиции двух конкретных центробежных мод -- высокочастотной и низкочастотной (см. разд. 4.5). Определение волнового узора для каждой из мод [ , ] и наложение их друг на друга позволило получить спиральные узоры со следующими характерными особенностями (рис. 6.6):

1. наличие ветвящихся спиральных рукавов; при различных значениях параметров , и можно получить комбинации ветвящихся спиралей с различной геометрией;
2. наличие бароподобной перемычки между спиральными рукавами;
3. наличие "кольца" повышенной плотности, соединяющего спиральные рукава на радиусе ;
4. наличие четырех правильных спиральных рукавов, несмотря на то, что номер азимутальной моды .

Случаи "1" и "2" могут иметь место в одной и той же системе, но в зависимости от момента времени наблюдения. Отметим также интересную возможность генерации гидродинамическим механизмом газового бара в диске.

Разумеется, результаты, основанные на линейном анализе, носят предположительный характер. Однако если возмущения рассмотренных мод смогут достичь на стадии насыщения значительных амплитуд, вероятно появление и других интересных эффектов: нелинейного взаимодействия возмущений при прохождении спирального рукава одной моды через рукав другой; взаимодействия рукавов низкочастотной моды с бананообразными антициклоническими вихрями, наблюдавшимися в экспериментах между рукавами высокочастотной моды в области круга коротации [505] и т.д. В то же время имеются факты, свидетельствующие, что различие между линейной теорией и результатами нелинейного моделирования будет не слишком велико. Во-первых, эксперименты, поставленные группой М.В. Незлина [505], показали, что высокочастотная мода достигает насыщения на стадии образования ударных волн, причем параметры возбуждаемых спиралей отличаются от предсказанных линейной теорией не более чем на 30%. Во-вторых, низкочастотная мода имеет ярко выраженный отражательный характер, а в нелинейных численных экспериментах Нормана и Харди [464] по моделированию плоской сверхзвуковой струи показано, что возмущения отражательного типа насыщаются на стадии образования системы ударных волн, пространственная структура которой великолепно согласуется с предсказаниями линейного анализа (см. п. 5.3.3).

---

<< 6.2 Гидродинамическая концепция ... | Оглавление | Литеpатуpа >>