Астронет > 1.2 Газовые диски плоских галактик

Астронет: А. Г. Морозов, А. В. Хоперсков Физика Дисков
http://variable-stars.ru/db/msg/1168623/node5.html

Физика Дисков

<< 1.1 Звездные диски плоских ... | Оглавление | 1.3 Особенности крупномасштабной ... >>

1.2 Газовые диски плоских галактик

1.2.1 Распределение поверхностной плотности

Газ в плоских галактиках наблюдается в основном в виде тонкого диска, плоскость симметрии которого совпадает с плоскостью симметрии звездного диска^1.5. Основными по массе компонентами газового диска являются атомарный и молекулярный водород, а также гелий. До недавнего времени в связи с трудностями оценки массы молекулярного водорода общая доля газа в галактиках систематически занижалась. Так, в 60-х годах считалось, что вклад газа в поверхностную плотность диска Галактики не превышает %, но в последние годы эта оценка (с учетом H, гелия и уменьшения оценки плотности звезд) возросла до % [70].

Усредненное в азимутальном направлении распределение поверхностной плотности в газовых дисках обычно заметно отличается от распределения поверхностной плотности в звездных дисках в основном в центральных областях галактик. Отсылая читателя за результатами по другим галактикам к обзорам [5,6] и к цитированным в них работам, опишем в качестве примера характер распределения в Галактике [70-72]. В центральной части диска Галактики ( кпк) поверхностная плотность газового диска (состоящего из молекулярного водорода) достигает нескольких сотен пк и резко убывает к области кпк, где пк. Затем следует широкое и довольно плотное ( пк) молекулярное кольцо в области кпк, за пределами которого (фактически начиная с кпк) , где кпк ( ). В области кпк кпк величина остается практически постоянной ( пк). Качественно аналогичный характер распределения имеет место и в M81 [73]. Заметим, что аналогичные молекулярные кольца наблюдаются в других спиральных галактиках на расстоянии кпк от центра [74,75].

Гигантские молекуляные облака. Важно отметить также тот факт, что существенная доля массы газового диска Галактики (по разным оценкам %) содержится в облаках [76]. Массы отдельных облаков могут достигать величины порядка () , а их диаметры -- до пк. Такие объекты называют гигантскими молекулярными облаками (ГМО). Концентрация молекулярного водорода в ГМО составляет см, а температура газа всего К. Средние значения диаметра и массы составляют соответственно пк и , а их общее количество в Галактике оценивается в 4000. Нет оснований считать, что наша Галактика в этом отношении является уникальной; например, в M31 обнаружено ГМО размером 160 пк и массой [77].

Общая масса ГМО в кольце кпк составляет по данным [78] (и ссылки там на другие работы) ( ) . Однако, вопрос о полном количестве газа в Галактике до конца не решен, так как имеется ряд трудностей в интерпретации наблюдений. Поскольку облака холодные (К), молекулы водорода не могут быть обнаружены прямо. Переходы между соседними вращательными уровнями энергии у молекулы водорода запрещены, а чтобы молекула получила энергию, соответствующую разности между двумя вращательными уровнями, газ является недостаточно горячим. Поэтому основным источником информации являются молекулы окисла углерода, для которых переход между соседними вращательными уровнями разрешен (излучение на волне мм). По мнению [79], использование теоремы вириала для определения массы молекулярного газа дает завышенную оценку массы H в Галактике и в действительности масса молекулярного газа во внутренней части Галактики ( кпк) составляет только % от массы атомарного.

По-видимому, можно считать, что отношение массы газа в Галактике к массе звездного диска составляет %. Обращаясь к наблюдениям других плоских галактик можно сказать, что встречаются достаточно разнообразные ситуации: по данным [80] масса нейтрального водорода составляет около 20% массы NGC 289 и всего 2% массы NGC 7496. Есть основания полагать, что в некоторых галактиках (NGC 7793, 6946, 5457, 2403) доля газа может достигать % от массы диска [81].

Интересная особенность отмечается в работе [82]: ГМО во внешней области Галактики имеют больший размер и массу, чем облака во внутренней части Галактики. Массу молекулярного газа при кпк они оценивают в () .

1.2.2 Эффективная "температура" газового диска

Помимо ГМО газ образует небольшие молекулярные облака ( пк), диффузные облака нейтрального водорода HI ( см, К), межоблачный газ HI ( К), области ионизованного водорода (зоны HII) и области разреженного горячего газа (корональный газ, К).

Поскольку большая часть массы газа заключена в облаках, естественно рассматривать их как своеобразные макромолекулы и определить эффективную "температуру" газового диска через дисперсию скоростей газовых облаков. Последняя по данным наблюдений в Галактике составляет км/с [83-85,70]. Этот результат характеризует одномерную дисперсию скоростей . В то же время общее распределение газовых облаков по скоростям оказывается практически изотропным -- соответственно трехмерная дисперсия скоростей км/с. Последнее обстоятельство говорит о столкновительности газового диска, состоящего из "макромолекул" -- газовых облаков, и, следовательно, о необходимости описания его динамики системой газодинамических уравнений.

Важно отметить еще два аспекта обсуждаемого вопроса. Во-первых, дисперсия скоростей газовых облаков в отличие от величины , как правило, очень слабо зависит от радиальной координаты, оставаясь близкой к постоянной величине на большей части диска, за исключением областей интенсивного звездообразования. Так, например, в Галактике, по данным Бартона [86], характерный пространственный масштаб убывания величины к периферии диска при аппроксимации экспоненциальным законом составляет кпк (ср. с кпк [71]). Во-вторых, величина дисперсии скоростей газовых облаков слабо зависит от типа и массы галактики (см., например, данные Унвина по M31 [87] и обсуждение этого вопроса ван дер Круитом [88]) и для оценок можно, по-видимому, полагать, что в плоских галактиках км/с.

В окрестности кпк в Галактике имеется область резкого изменения величины от 20 км/с до 8 км/с на участке протяженностью кпк. Эта особенность совпадает с областью, где имеется понижение плотности газа и где достигает внутреннего максимума, хотя область значительного изменения скорости существенно шире ( кпк).

1.2.3 Структура газового диска поперек его плоскости

Как правило, распределение объемной плотности газа (молекул - облаков) поперек плоскости диска удовлетворительно описывается гауссовым законом [89,70]