Astronet Астронет: М. С. Кирсанова/УрГУ Особенности химической эволюции дозвездных ядер в различных моделях сжатия
http://variable-stars.ru/db/msg/1198418/node4.html
<< 2. Краткое описание модели | Оглавление | 4. Заключение >>

Разделы

3. Результаты

На рисунке (1) показана эволюция концентрации ядер водорода (в дальнейшем - просто концентрация частиц) со временем в трёх рассмотренных вариантах. Ясно видно, что характер изменения концентрации в модели 1 значительно менее резкий и быстрый, чем в вариантах 2A и 2B. Полезно также заметить, что времена достижения концентраций порядка 106 см-3 в варианте 1 и 2B очень близки и превышают характерное время свободного падения, в модели же 2A, напротив, резкий скачок концентрации происходит на временах меньших, чем . Столь расхожие времена достижения высоких концентраций в рассмотренных моделях позволили выделить химические соединения, наиболее чувствительные к характеру сжатия при разных значениях концентрации частиц.

Рис. 1. Изменение концентрации атомов водорода со временем. Сплошная линия - для модели 1,
пунктир - для модели 2A, штрих-пунктир - для модели 2B.

3.1. Обилия молекул как функции времени

Поскольку концентрация частиц меняется со временем неодинаково в разных моделях, то изменения обилий ряда молекул должны отражать характер сжатия. То, насколько чувствительна та или иная молекула к характеру изменения концентрации частиц зависит от скоростей химических реакций, в которых она участвует.

Падение обилий большинства соединений углеродно-кислородной химии при повышении концентрации частиц начинается раньше, чем соединений азота. Это вполне ожидаемый результат [7]. Такое поведение соединений азота объясняется низкой энергией десорбции молекулы N2, полученной из экспериментальных исследований, которая отвечает за образование аммиака, N2H+, HCN и других соединений. Благодаря этому соединения азота остаются в газовой фазе дольше, чем те, энергия десорбции которых выше.

Как видно из рисунков (2) и (3), такие соединения, как CO, HCO+, CS, NO более чувствительны к характеру изменения концентрации частиц, чем, например, H2CO, HCN, NH3. Кроме того следует заметить, что на рисунках не показаны соединения, для которых разница обилий, полученных в разных моделях, не составляет 2-х порядков величины. Полагаю, что эти различия, с учётом известной неопределённости коэффициентов скоростей реакций, не могут быть достоверными индикаторами характера изменения концентрации частиц.

Зависимость обилие-время отражает чувствительность соединений только лишь к времени начала повышения концентрации частиц, но не к характеру этого процесса. Но зависимости обилие-концентрация частиц, обсуждаемые ниже, отражают это.

Рис. 2. Изменение обилий молекул со временем. Сплошная линия - для модели 1,
пунктир - для модели 2A, штрих-пунктир - для модели 2B.

Рис. 3. Изменение обилий молекул со временем. Сплошная линия - для модели 1,
пунктир - для модели 2A, штрих-пунктир - для модели 2B.

3.2. Обилия молекул как функции концентрации частиц

Зависимость обилий химических соединений от концентрации частиц даёт представление о тенденциях, определяющих химическую структуру ядер молекулярных облаков. Рисунки (4) и (5) показывают ряд молекул, наиболее чувствительных к характеру изменения концентрации частиц при конкретных значениях последней. Весьма целесообразно остановиться на обсуждении этих результатов подробнее.

Обилия таких молекул как H2CN и C3H2 обнаруживают значительно большую зависимость от начала времени роста концентрации частиц, чем от скорости протекания этого процесса. Причём, в случае H2CN разница между обилиями, полученными в разных моделях, максимальна при концентрациях не превосходящих 6.1012 см-3. Информативность C3H2 же наибольшая при значительно больших концентрациях частиц, а именно, порядка 1012 см-3. Соединения серы С2S и H2CS, напротив, более чётко отражают скорость изменения концентрации на интервале от 1012 см-3 до 5.105 см-3. Хотя, обилие SO2 весьма чувствительно как к времени начала роста концентрации частиц, так и к скорости её изменения. Ясно видно, что при медленно изменяющейся концентрации частиц, соответствующей медленному сжатию облака, обилия этих молекул падают при значительно больших концентрациях. Такое поведение С2S и H2CS должно отразиться на размерах областей с дефицитом данных соединений в газовой фазе, например, при сравнении пространственных распределений этих молекул в динамических моделях с быстрым и медленным сжатием. Понижение обилий тех или иных молекул в газовой фазе, как уже было отмечено, чаще всего связывается с вымораживанием их самих или молекул, дающих им начало, на пыли.

Соединение СО - единственный пример молекулы, чувствительной именно к характеру изменения концентрации частиц при сжатии. Возможно, её информативность будет выше по сравнению с рядом других соединений.

Рис. 4. Зависимость обилий молекул от концентрации частиц. Сплошная линия - для модели 1,
пунктир - для модели 2A, штрих-пунктир - для модели 2B.

Обилия, полученные как результаты разных моделей, таких часто используемых в наблюдениях молекул как NH3 и N2H+ не показывают столь определённой зависимости от обсуждаемых характеристик изменения концентрации частиц, как соединения, рассмотренные выше. Возможно в дальнейшем, при моделировании областей с более высокими плотностями, но уже в других динамических сценариях, молекулы NH3 и N2H+ проявят большую восприимчивость к параметрам сжатия.

Рис. 5. Зависимость обилий молекул от концентрации частиц. Сплошная линия - для модели 1,
пунктир - для модели 2A, штрих-пунктир - для модели 2B.

3.3. Радиальные распределения обилий молекул

Ввиду явной зависимости обилий молекул от концентрации частиц, достаточно определённые указания на характер сжатия облака можно дать только при условии моделирования пространственного распределения содержания тех или иных наиболее репрезентативных соединений. Данный раздел посвящен радиальным распределениям обилий молекул в двух рассмотренных динамических моделях.

В работах [8] и [9] указывается на то, что профили плотности ряда дозвёздных ядер хорошо аппроксимируются изотермическими функциями (так называемыми сферами Боннора-Эберта, [10]). Поскольку закон изменения концентрации частиц моделей 2A и 2B зависит только от начальной концентрации, но не зависит от положения рассматриваемых областей в облаке, то получить неравномерное распределение плотности в облаке, используя подобное выражение для изменения концентрации частиц со временем, невозможно. Поэтому этот закон был модифицирован - в качестве задерживающего фактора было введено отношение времени свободного падения к времени амбиполярной диффузии .

(7)


(8)

где магнитное поле , - концентрация нейтральных частиц, - радиус области, - степень ионизации [1]. Таким образом, в законе изменения плотности появилась не только зависимость от положения в облаке, но и стало возможным учесть влияние химических процессов на сжатие облака. Далее эта модель будет именоваться просто как модель 2. Рисунок 6 иллюстрирует конечный профиль концентрации частиц в сферически-симметричной динамической модели, при этом возраст облака составляет 6.3 млн. лет, его размеры - 2.1018 см, концентрация частиц в центральной части облака - 1.4.104 см-3. Рассмотренные динамические варианты не являются строго газодинамическими, это простые варианты, поэтому они использованы только для моделирования самых ранних стадий сжатия облака.

Рис. 6. Результирующий профиль плотности в моделях 1 и 2.

На рисунке 7 показаны радиальные распределения ряда рассмотренных молекул. Как и следовало ожидать, при концентрациях порядка 104 см-3 не наблюдается значительных различий между обилиями азотосодержащих молекул, полученными в разных моделях - сплошная и пунктирная кривые на верхних панелях рисунка 7 лежат очень близко друг к другу.

Рис. 7. Радиальные распределения обилий молекул. Сплошная линия - для модели 1, пунктир - для модели 2

Обилия молекул HCO+, CO, C2S при быстром сжатии в модели 2 в центральной части ядра облака падают быстрее, чем при достаточно медленном в модели 1. Размеры областей пониженного содержания этих молекул в модели 2 больше, чем в модели 1. Это согласуется с результатом, полученным в предыдущем разделе. Плоский профиль обилия C3H2 в центральной части ядра в модели 1 сменяется падением обилия в модели 2. Таким образом, явление падения обилий ряда молекул в наиболее плотных областях дозвёздных ядер определяется не только возрастом облака и концентрацией частиц, но и характеристиками сжатия.

Только из анализа распределения обилий молекул, например, таких, какие показаны на рисунке 7, ничего не зная об оценках возраста ядер, трудно сделать точный ответ - является ли разница в обилиях результатом разных динамических режимов образования ядер или же вызвана просто разницей в возрасте. Но в реально наблюдаемых облаках, при анализе профилей спектральных линий, получая значения скоростей вещества в ядрах облаков, можно попытаться определить результатом чего является значение обилия того или иного соединения. По всей видимости, наиболее информативным подходом к диагностике динамики образования дозвёздных ядер окажется совместное рассмотрение распределения обилий молекул и профилей спектральных линий.


<< 2. Краткое описание модели | Оглавление | 4. Заключение >>

Rambler's Top100 Яндекс цитирования