 
<< 2.3 Gravitacionnaya neustoichivost' | Oglavlenie | 2.5 Izgibnye vozmusheniya >>
- 2.4.1 Yavlyaetsya li uslovie Toomre dostatochnym dlya ustoichivosti real'nogo zvezdnogo diska?
- 2.4.2 Kriterii ustoichivosti neosesimmetrichnyh vozmushenii v differencial'no vrashayushemsya diske konechnoi tolshiny
- 2.4.3 Vliyanie neodnorodnosti diska na ego ustoichivost'
- 2.4.4 Ob usloviyah primenimosti kriteriya ustoichivosti
- 2.4.5 Kriterii ustoichivosti zvezdnogo diska
- 2.4.6 Harakternye masshtaby neodnorodnostei poverhnostnoi plotnosti i dispersii radial'nyh skorostei zvezdnyh diskov
2.4 Uslovie gravitacionnoi ustoichivosti diska
2.4.1 Yavlyaetsya li uslovie Toomre dostatochnym dlya ustoichivosti real'nogo zvezdnogo diska?
Iz privedennyh vyshe rezul'tatov sleduet, chto dlya ustoichivosti
zvezdnogo diska velichina dispersii radial'nyh skorostei zvezd
dolzhna prevyshat' nekotoroe kriticheskoe znachenie. Vpervye
minimal'no neobhodimuyu dlya ustoichivosti tonkogo ( ) 
diska otnositel'no osesimmetrichnyh vozmushenii velichinu
) 
diska otnositel'no osesimmetrichnyh vozmushenii velichinu  [sm. (2.2.41)] vychislil Toomre [202]. Pozdnee Vandervoortom [192] eta 
velichina byla skorrektirovana s uchetom konechnoi tolshiny diska
 
[sm. (2.2.41)] vychislil Toomre [202]. Pozdnee Vandervoortom [192] eta 
velichina byla skorrektirovana s uchetom konechnoi tolshiny diska 
 (2.2.43). Dannye nablyudenii [53,55] pokazyvayut, chto v 
okrestnosti Solnca
 (2.2.43). Dannye nablyudenii [53,55] pokazyvayut, chto v 
okrestnosti Solnca  , i poetomu sleduet ozhidat', chto 
uslovie ustoichivosti (2.2.43) yavlyaetsya neobhodimym.
, i poetomu sleduet ozhidat', chto 
uslovie ustoichivosti (2.2.43) yavlyaetsya neobhodimym. 
Odnako nachatye v 70-h godah chislennye eksperimenty [210-220]
pokazyvayut, chto zvezdnye diski s nachal'nym znacheniem 
 za promezhutok vremeni poryadka vsego lish' odnogo-dvuh oborotov 
diska razogrevayutsya do sostoyaniya s
 za promezhutok vremeni poryadka vsego lish' odnogo-dvuh oborotov 
diska razogrevayutsya do sostoyaniya s 
 . Eti 
rezul'taty podtverzhdayut neobhodimost' usloviya ustoichivosti
zvezdnogo diska (2.2.43), no ukazyvayut na ego nedostatochnost'.
Poetomu obnaruzhennyi v chislennyh eksperimentah "razogrev" diska v
sootvetstvii s principom Le-Shatel'e (sm. v knige [221]) 
estestvenno traktovat' kak rezul'tat evolyucii neustoichivoi sistemy
k ustoichivomu sostoyaniyu. Sledovatel'no, neobhodimo ponyat' prirodu
neustoichivosti, privodyashei k takomu razogrevu.
. Eti 
rezul'taty podtverzhdayut neobhodimost' usloviya ustoichivosti
zvezdnogo diska (2.2.43), no ukazyvayut na ego nedostatochnost'.
Poetomu obnaruzhennyi v chislennyh eksperimentah "razogrev" diska v
sootvetstvii s principom Le-Shatel'e (sm. v knige [221]) 
estestvenno traktovat' kak rezul'tat evolyucii neustoichivoi sistemy
k ustoichivomu sostoyaniyu. Sledovatel'no, neobhodimo ponyat' prirodu
neustoichivosti, privodyashei k takomu razogrevu.
Dlya vyyasneniya etogo voprosa v pervuyu ochered' otmetim, chto
ravnovesnyi besstolknovitel'nyi disk anizotropen -- ego "uprugost'"
v azimutal'nom napravlenii, harakterizuemaya velichinoi  , men'she 
radial'noi "uprugosti":
, men'she 
radial'noi "uprugosti": 
 , i eto 
yavlyaetsya destabiliziruyushim faktorom. Poetomu esli my v otlichie ot Toomre 
[202] i Vandervoorta [192], issledovavshih dinamiku tol'ko
osesimmetrichnyh vozmushenii, izuchim povedenie neosesimmetrichnyh
vozmushenii, to sleduet ozhidat', chto dlya ih stabilizacii velichina
, i eto 
yavlyaetsya destabiliziruyushim faktorom. Poetomu esli my v otlichie ot Toomre 
[202] i Vandervoorta [192], issledovavshih dinamiku tol'ko
osesimmetrichnyh vozmushenii, izuchim povedenie neosesimmetrichnyh
vozmushenii, to sleduet ozhidat', chto dlya ih stabilizacii velichina 
 dolzhna budet dostich' znacheniya,
blizkogo k
 dolzhna budet dostich' znacheniya,
blizkogo k  . S uchetom svyazi 
(2.1.36) eto oznachaet, chto velichina
. S uchetom svyazi 
(2.1.36) eto oznachaet, chto velichina  dolzhna byt' blizka k
 dolzhna byt' blizka k 
 [222].
 [222].
Priroda vtorogo destabiliziruyushego zvezdnyi disk faktora obuslovlena, ochevidno, gravitacionno-gradientnoi neustoichivost'yu, intensivnost' kotoroi vozrastaet s rostom stepeni neosesimmetrichnosti vozmushenii. Eta neustoichivost', kak budet pokazano nizhe, tozhe mozhet byt' podavlena pri uvelichenii dispersii radial'nyh skorostei zvezd.
Takim obrazom, sleduet nadeyat'sya, chto neobhodimoe i dostatochnoe uslovie ustoichivosti neodnorodnogo differencial'no vrashayushegosya zvezdnogo diska mozhet byt' polucheno kak uslovie otsutstviya kompleksnyh kornei u dispersionnogo uravneniya (2.2.38) dlya neosesimmetrichnyh vozmushenii. Takoe uslovie v predele odnorodnogo tverdotel'no vrashayushegosya diska dolzhno estestvennym obrazom perehodit' v uslovie (2.2.43).
Otmetim takzhe, chto kachestvenno effekt hudshei stabilizacii
neosesimmetrichnyh vozmushenii byl izvesten i ran'she [2,50,223] iz 
issledovaniya ustoichivosti modelei zvezdnyh diskov s kvadratichnym
potencialom. Odnako v takih modelyah gradienty plotnosti i
dispersii skorostei zvezd zhestko svyazany mezhdu soboi i s drugimi
parametrami diska, a vrashenie tverdotel'no. Iskusstvennost'
podobnyh modelei podcherkivaetsya i tem faktom, chto dazhe
nevrashayushiisya disk, t.e. disk, ravnovesie kotorogo podderzhivaetsya
tol'ko gradientom "davleniya" (plotnosti i dispersii skorostei
zvezd), okazyvaetsya gravitacionno neustoichivym otnositel'no
osesimmetrichnyh vozmushenii. Po etoi prichine primenimost' modelei
diskov s kvadratichnym potencialom k real'nym galaktikam ves'ma
problematichna. V to zhe vremya upomyanutye v nachale punkta chislennye
eksperimenty, da i sam fakt sushestvovaniya ploskih galaktik govoryat
o tom, chto vrashayushiisya zvezdnyi disk mozhet byt' ustoichivym, i dlya
etogo v nem vezde (krome central'noi chasti diska) dolzhno byt' 
 .
Model' zvezdnogo diska (2.1.44)-(2.1.46) horosho 
soglasuetsya s dannymi nablyudenii i poetomu popytaemsya poluchit'
uslovie ego ustoichivosti iz sootvetstvuyushego etoi modeli
dispersionnogo uravneniya (2.2.38).
.
Model' zvezdnogo diska (2.1.44)-(2.1.46) horosho 
soglasuetsya s dannymi nablyudenii i poetomu popytaemsya poluchit'
uslovie ego ustoichivosti iz sootvetstvuyushego etoi modeli
dispersionnogo uravneniya (2.2.38).
2.4.2 Kriterii ustoichivosti neosesimmetrichnyh vozmushenii v differencial'no vrashayushemsya diske konechnoi tolshiny
Granica ustoichivosti zvezdnogo diska v sootvetstvii s
privedennymi vyshe ocenkami chastot gradientnyh vozmushenii dolzhna
lezhat' v oblasti chastot 
 . Poetomu 
estestvenno ispol'zovat' uproshennoe dispersionnoe uravnenie (2.2.39).
Rassmotpim snachala model' odnopodnogo (
. Poetomu 
estestvenno ispol'zovat' uproshennoe dispersionnoe uravnenie (2.2.39).
Rassmotpim snachala model' odnopodnogo (
 ,
, 
 ) diska, vrashayushegosya s uglovoi skorost'yu, stepennym obrazom 
zavisyashei ot radial'noi koordinaty:
) diska, vrashayushegosya s uglovoi skorost'yu, stepennym obrazom 
zavisyashei ot radial'noi koordinaty: 
 ,
,  const
 const 
 . V etom sluchae
. V etom sluchae  ,
,  . Tem samym iz rassmotreniya 
isklyuchayutsya gradientnaya vetv' i svyazannye s nei effekty. Uravnenie (2.2.39) v
takoi modeli priobretaet vid
. Tem samym iz rassmotreniya 
isklyuchayutsya gradientnaya vetv' i svyazannye s nei effekty. Uravnenie (2.2.39) v
takoi modeli priobretaet vid
 ;
; 
 ;
; 
 ;
; 
 .
.
Granica ustoichivosti vozmushenii s zadannym 
 opredelyaetsya iz (2.4.1) sootnosheniyami
opredelyaetsya iz (2.4.1) sootnosheniyami 
 ;
; 
 [
 [
 v minimume dispersionnoi krivoi
 v minimume dispersionnoi krivoi
 ], chto ekvivalentno sisteme uravnenii
], chto ekvivalentno sisteme uravnenii
Reshim snachala etu sistemu uravnenii v modeli tonkogo (
 ) diska. 
Netrudno videt', chto dlya ustoichivosti vozmushenii s zadannym
) diska. 
Netrudno videt', chto dlya ustoichivosti vozmushenii s zadannym 
 neobhodimo vypolnenie usloviya [sr. s (2.2.41)]
 neobhodimo vypolnenie usloviya [sr. s (2.2.41)]
i v sluchae
 dlina volny marginal'no ustoichivyh 
vozmushenii opredelyaetsya sootnosheniem [sr. (2.2.42)]
 dlina volny marginal'no ustoichivyh 
vozmushenii opredelyaetsya sootnosheniem [sr. (2.2.42)]
Kak i ozhidalos', neosesimmetrichnye vozmusheniya v differencial'no vrashayushemsya diske okazyvayutsya menee ustoichivymi, chem osesimmetrichnye. Pomimo etogo iz (2.4.5) sleduet, chto granica marginal'noi ustoichivosti sdvigaetsya v dlinnovolnovuyu oblast' s rostom stepeni neosesimmetrichnosti vozmushenii.
Pereidem teper' k disku konechnoi tolshiny. Soglasno dannym
nablyudenii (sm.p. 1.1.4), (2.1.42), (2.2.41) otnoshenie 
 . Poetomu naidem popravku k (2.4.4), (2.4.5), 
svyazannuyu s konechnost'yu otnosheniya
. Poetomu naidem popravku k (2.4.4), (2.4.5), 
svyazannuyu s konechnost'yu otnosheniya  v pervom poryadke po etoi
velichine. V rezul'tate iz (2.4.2), (2.4.3) poluchaem 
[sr. s (2.2.43)]
 v pervom poryadke po etoi
velichine. V rezul'tate iz (2.4.2), (2.4.3) poluchaem 
[sr. s (2.2.43)]
 soglasno (2.4.6) dlina volny marginal'no 
ustoichivyh vozmushenii harakterizuetsya znacheniem
 soglasno (2.4.6) dlina volny marginal'no 
ustoichivyh vozmushenii harakterizuetsya znacheniem 
Vidno, chto neosesimmetrichnye vozmusheniya, kak i osesimmetrichnye, stabiliziruyutsya konechnoi tolshinoi diska, hotya stepen' etoi stabilizacii men'she, chem v sluchae osesimmetrichnyh vozmushenii.
2.4.3 Vliyanie neodnorodnosti diska na ego ustoichivost'
Opredelim teper' vliyanie neodnorodnosti poverhnostnoi
plotnosti na velichinu minimal'no neobhodimoi dispersii radial'nyh
skorostei zvezd dlya ustoichivosti neosesimmetrichnyh vozmushenii s
zadannym  i na dlinu volny marginal'no ustoichivyh vozmushenii
(uchet
 i na dlinu volny marginal'no ustoichivyh vozmushenii
(uchet  sm. v p. 2.4.5). V kachestve nachal'nogo priblizheniya
ispol'zuem model' tonkogo differencial'no vrashayushegosya diska -- sm.
(2.4.4), (2.4.5), schitaya, chto vliyanie ego maloi tolshiny uzhe
opredeleno mul'tiplikativnymi formfaktorami v (2.4.6), (2.4.7). V
etom sluchae v okrestnosti minimuma dispersionnoi krivoi
gravitacionnyh vozmushenii (
 sm. v p. 2.4.5). V kachestve nachal'nogo priblizheniya
ispol'zuem model' tonkogo differencial'no vrashayushegosya diska -- sm.
(2.4.4), (2.4.5), schitaya, chto vliyanie ego maloi tolshiny uzhe
opredeleno mul'tiplikativnymi formfaktorami v (2.4.6), (2.4.7). V
etom sluchae v okrestnosti minimuma dispersionnoi krivoi
gravitacionnyh vozmushenii ( ) sushestvenno vliyanie gradientnoi
vetvi (sm. p. 2.2.4). Poetomu uslovie ustoichivosti takogo diska
dolzhno vytekat' iz usloviya otsutstviya kompleksnyh kornei u
kubicheskogo po
) sushestvenno vliyanie gradientnoi
vetvi (sm. p. 2.2.4). Poetomu uslovie ustoichivosti takogo diska
dolzhno vytekat' iz usloviya otsutstviya kompleksnyh kornei u
kubicheskogo po  dispersionnogo uravneniya (2.2.39). Zapishem eto
uravnenie v vide
 dispersionnogo uravneniya (2.2.39). Zapishem eto
uravnenie v vide 
 i lineinym preobrazovaniem
 i lineinym preobrazovaniem 
 privedem 
k vidu
 privedem 
k vidu 
 . Togda disk budet ustoichiv
otnositel'no takih vozmushenii, dlya kotoryh
. Togda disk budet ustoichiv
otnositel'no takih vozmushenii, dlya kotoryh 
 . Pri
. Pri 
 kak v dlinnovolnovoi (
 kak v dlinnovolnovoi ( ), 
tak i v korotkovolnovoi (
), 
tak i v korotkovolnovoi ( ) chastyah spektra zavedomo
) chastyah spektra zavedomo  [sm. (2.2.45)-(2.2.48)]. V promezhutochnoi zhe oblasti mozhet byt' i
 
[sm. (2.2.45)-(2.2.48)]. V promezhutochnoi zhe oblasti mozhet byt' i  . Takim obrazom,
. Takim obrazom,  , buduchi vypukloi kverhu funkciei, budet dostigat' 
svoego maksimal'nogo znacheniya gde-to v okrestnosti
, buduchi vypukloi kverhu funkciei, budet dostigat' 
svoego maksimal'nogo znacheniya gde-to v okrestnosti 
 . 
Otsyuda yasno, chto u (2.2.39) ischeznut kompleksnye korni pri lyubyh
. 
Otsyuda yasno, chto u (2.2.39) ischeznut kompleksnye korni pri lyubyh
 , kak 
tol'ko budet vypolnyat'sya uslovie
, kak 
tol'ko budet vypolnyat'sya uslovie  dlya teh vozmushenii, dlya
kotoryh
 dlya teh vozmushenii, dlya
kotoryh  . Iz sistemy etih dvuh uravnenii mogut byt'
vychisleny
. Iz sistemy etih dvuh uravnenii mogut byt'
vychisleny  dlya zadannogo tipa vozmushenii i dlina volny 
marginal'no ustoichivyh vozmushenii.
 dlya zadannogo tipa vozmushenii i dlina volny 
marginal'no ustoichivyh vozmushenii.
Vychisleniya provodim v glavnom poryadke po malomu parametru
 ;
;  poluchaem kriterii ustoichivosti
 poluchaem kriterii ustoichivosti
i velichinu
 dlya marginal'no ustoichivyh vozmushenii
 dlya marginal'no ustoichivyh vozmushenii
Po etim rezul'tatam iz (2.2.39) netrudno vychislit' i chastotu marginal'no ustoichivyh vozmushenii
2.4.4 Ob usloviyah primenimosti kriteriya ustoichivosti
Obsudim usloviya primenimosti kriteriya ustoichivosti besstolknovitel'nyh zvezdnyh diskov, vytekayushego iz dispersionnogo uravneniya (2.2.38).
Velichina minimal'no neobhodimoi dlya ustoichivosti dispersii
radial'nyh skorostei zvezd vozrastaet s uvelicheniem
 [
 [
 , sm. (2.4.9)].
Mozhno vychislit' maksimal'noe ee znachenie, ravnoe
, sm. (2.4.9)].
Mozhno vychislit' maksimal'noe ee znachenie, ravnoe 
 , i polagat', chto ustoichivost' diska otnositel'no proizvol'nyh 
vozmushenii imeet mesto pri
, i polagat', chto ustoichivost' diska otnositel'no proizvol'nyh 
vozmushenii imeet mesto pri  . No v etom sluchae neobhodimo 
uchityvat' vliyanie dvuh faktorov. Vo-pervyh, dispersionnoe uravnenie (2.2.38) 
polucheno v ramkah VKB-priblizheniya. Dazhe esli doiti do granicy primenimosti
VKB-priblizheniya (sm. snosku v p. 2.2.2), to
. No v etom sluchae neobhodimo 
uchityvat' vliyanie dvuh faktorov. Vo-pervyh, dispersionnoe uravnenie (2.2.38) 
polucheno v ramkah VKB-priblizheniya. Dazhe esli doiti do granicy primenimosti
VKB-priblizheniya (sm. snosku v p. 2.2.2), to 
 . Granica ustoichivosti diska lezhit v oblasti
. Granica ustoichivosti diska lezhit v oblasti 
 , poetomu dlya
, poetomu dlya  velichina
 velichina 
 i tem samym
 i tem samym 
 (v okrestnosti Solnca
 (v okrestnosti Solnca 
 ). Vo-vtoryh,
sushestvuet bolee ser'eznoe ogranichenie, 
obuslovlennoe differencial'nost'yu vrasheniya diska. Deistvitel'no,
velichina
). Vo-vtoryh,
sushestvuet bolee ser'eznoe ogranichenie, 
obuslovlennoe differencial'nost'yu vrasheniya diska. Deistvitel'no,
velichina 
 izmenyaetsya vdol' radial'noi 
koordinaty. I neobhodimo, estestvenno, schitat', chto izmenenie
 izmenyaetsya vdol' radial'noi 
koordinaty. I neobhodimo, estestvenno, schitat', chto izmenenie 
 na masshtabe, harakterizuyushem izmenenie vozmusheniya vdol' radial'noi 
koordinaty, dolzhno byt' malo po sravneniyu s
 na masshtabe, harakterizuyushem izmenenie vozmusheniya vdol' radial'noi 
koordinaty, dolzhno byt' malo po sravneniyu s 
 :
:
 , togda
uslovie (2.4.12) primet vid
, togda
uslovie (2.4.12) primet vid
Pereformuliruem (2.4.13) kak uslovie na velichinu
 , opredelyayushuyu
stepen' differencial'nosti vrasheniya diska:
, opredelyayushuyu
stepen' differencial'nosti vrasheniya diska:
Iz (2.4.14) sleduet, chto dlya vozmushenii s
 pri
 
pri 
 
Predpolozhim teper', chto ispol'zuem kriterii ustoichivosti
diska v predele 
 . Ocenim otnositel'noe izmenenie
velichiny
. Ocenim otnositel'noe izmenenie
velichiny  pri zamene
 pri zamene 
 na
 na 
 . Poskol'ku (2.4.11) i vytekayushee iz nego (2.4.14) polucheny v
glavnom poryadke po parametru
. Poskol'ku (2.4.11) i vytekayushee iz nego (2.4.14) polucheny v
glavnom poryadke po parametru  , to dlya ocenki upomyanutoi velichiny
neobhodimo pol'zovat'sya kriteriem, ne uchityvayushim neodnorodnosti
diska (2.4.4). Togda dlya otnositel'nogo izmeneniya
, to dlya ocenki upomyanutoi velichiny
neobhodimo pol'zovat'sya kriteriem, ne uchityvayushim neodnorodnosti
diska (2.4.4). Togda dlya otnositel'nogo izmeneniya  imeem
 imeem 
 
i soglasovannoe s (2.4.15)
 ili
 ili 
 . Kak vidim, pri maloi
. Kak vidim, pri maloi 
 velichina
 velichina  mozhet okazat'sya dostatochno bol'shoi.
 
mozhet okazat'sya dostatochno bol'shoi.
S drugoi storony, velichina dispersii radial'nyh skorostei
zvezd opredelyaetsya iz nablyudenii tozhe s nekotoroi pogreshnost'yu
Vyrazhaya iz etogo sootnosheniya
 kak funkciyu
 kak funkciyu  i podstavlyaya v (2.4.14), poluchim uravnenie dlya velichiny
 
i podstavlyaya v (2.4.14), poluchim uravnenie dlya velichiny  :
:
Dlya primera privedem resheniya (2.4.19) dlya solnechnoi okrestnosti 
(
 M
 M /pk
/pk ,
,  km/s/kpk,
 km/s/kpk,  kpk):
 kpk): 
 
Eti resheniya dostatochno tipichny, poskol'ku dlya diskov, vrashayushihsya s
 const (
 const ( ), velichina
), velichina 
 izmenyaetsya, 
po-vidimomu, v ne slishkom shirokih predelah:
 izmenyaetsya, 
po-vidimomu, v ne slishkom shirokih predelah: 
 (v solnechnoi okrestnosti
 (v solnechnoi okrestnosti 
 ), a 
zavisimost'
), a 
zavisimost'  ot
 ot 
 dovol'no slabaya. V to zhe vremya 
pogreshnost', harakterizuemaya razbrosom dannyh nablyudenii, po velichine
 dovol'no slabaya. V to zhe vremya 
pogreshnost', harakterizuemaya razbrosom dannyh nablyudenii, po velichine 
 dazhe v okrestnosti Solnca ne men'she
 dazhe v okrestnosti Solnca ne men'she  [12,53,55], a dlya drugih
galaktik dostigaet
 [12,53,55], a dlya drugih
galaktik dostigaet  (sm., naprimer, [64-66]). Poetomu dlya 
bol'shinstva zvezdnyh diskov ploskih galaktik
 (sm., naprimer, [64-66]). Poetomu dlya 
bol'shinstva zvezdnyh diskov ploskih galaktik 
 kriterii 
ustoichivosti neosesimmetrichnyh vozmushenii v predele
 kriterii 
ustoichivosti neosesimmetrichnyh vozmushenii v predele 
 na osnove uravneniya (2.2.38) mozhet byt' ispol'zovan dlya ocenki
neobhodimoi dlya ustoichivosti zvezdnogo diska
dispersii radial'nyh skorostei ego zvezd.
 
na osnove uravneniya (2.2.38) mozhet byt' ispol'zovan dlya ocenki
neobhodimoi dlya ustoichivosti zvezdnogo diska
dispersii radial'nyh skorostei ego zvezd.
2.4.5 Kriterii ustoichivosti zvezdnogo diska
Poluchim teper' obshee uslovie ustoichivosti zvezdnogo diska s
uchetom gradienta dispersii skorostei zvezd ( ) i vozmozhnogo
otkloneniya differencial'nogo vrasheniya diska ot stepennogo zakona 
(
) i vozmozhnogo
otkloneniya differencial'nogo vrasheniya diska ot stepennogo zakona 
( ). Vychisleniya v etom sluchae analogichny privedennym v
p. 2.4.3. Uchityvaya takzhe vliyanie konechnoi tolshiny diska,
opisyvaemoe sootnosheniem (2.4.6), prihodim k sleduyushemu
rezul'tatu:
). Vychisleniya v etom sluchae analogichny privedennym v
p. 2.4.3. Uchityvaya takzhe vliyanie konechnoi tolshiny diska,
opisyvaemoe sootnosheniem (2.4.6), prihodim k sleduyushemu
rezul'tatu:
 
Esli teper' v sootvetstvii so skazannym vyshe polozhit' v (2.4.20)
 , to dlya opredeleniya verhnei granicy neobhodimoi dlya 
ustoichivosti zvezdnogo diska dispersii radial'nyh skorostei zvezd
poluchaem sleduyushuyu ocenku [199]:
, to dlya opredeleniya verhnei granicy neobhodimoi dlya 
ustoichivosti zvezdnogo diska dispersii radial'nyh skorostei zvezd
poluchaem sleduyushuyu ocenku [199]:
 
Etot rezul'tat, kak i rezul'taty Toomre (2.2.41) i Vandervoorta (2.2.43), yavlyaetsya lokal'nym i primenim lish' v teh oblastyah diska, gde vypolnyayutsya ishodnye priblizheniya -- epiciklicheskoe i malosti parametra
 [ochevidno, chto v central'nyh oblastyah zvezdnyh 
diskov ocenka (2.4.21) mozhet ne vypolnyat'sya]. Otmetim takzhe, chto 
vychislenie
 [ochevidno, chto v central'nyh oblastyah zvezdnyh 
diskov ocenka (2.4.21) mozhet ne vypolnyat'sya]. Otmetim takzhe, chto 
vychislenie  s neobhodimost'yu dolzhno byt' iterativnym, poskol'ku 
velichina
 s neobhodimost'yu dolzhno byt' iterativnym, poskol'ku 
velichina  vhodit i v pravuyu chast' ravenstva (cherez
 vhodit i v pravuyu chast' ravenstva (cherez 
 ).
).
Rezul'taty proverki ocenki (2.4.21) v chislennyh eksperimentah i dlya nekotoryh postroennyh modelei Galaktiki obsuzhdayutsya v gl. 3.
2.4.6 Harakternye masshtaby neodnorodnostei poverhnostnoi plotnosti i dispersii radial'nyh skorostei zvezdnyh diskov
Pri obsuzhdenii kriteriya ustoichivosti Toomre-Vandervoorta (sm. 
p. 2.3.1) uzhe upominalos' o chislennyh eksperimentah s modelyami 
zvezdnyh diskov. Eti eksperimenty (sm. takzhe gl. 3), v chastnosti, 
pokazyvayut, chto v processe evolyucii k stacionarnomu sostoyaniyu v
takih modelyah proishodit pereraspredelenie ravnovesnyh
poverhnostnoi plotnosti  i skorosti vrasheniya
 i skorosti vrasheniya 
 i 
"razogrev" diskov do sostoyaniya, v kotorom eksperimental'noe 
znachenie
 i 
"razogrev" diskov do sostoyaniya, v kotorom eksperimental'noe 
znachenie  okazyvaetsya blizkim k
 okazyvaetsya blizkim k  po (2.4.21). V to zhe 
vremya velichina
 po (2.4.21). V to zhe 
vremya velichina  zavisit ne tol'ko ot lokal'nyh znachenii
 zavisit ne tol'ko ot lokal'nyh znachenii 
 ,
,  , no i ot ih gradientov, a takzhe ot velichiny
gradienta
, no i ot ih gradientov, a takzhe ot velichiny
gradienta  . Poetomu mozhno ozhidat', chto v processe evolyucii v 
marginal'no ustoichivoe sostoyanie v zvezdnom diske raspredeleniya
parametrov stanut takimi, chto velichina
. Poetomu mozhno ozhidat', chto v processe evolyucii v 
marginal'no ustoichivoe sostoyanie v zvezdnom diske raspredeleniya
parametrov stanut takimi, chto velichina  budet blizka k
minimal'no vozmozhnoi. Proanaliziruem s etoi tochki zreniya
dispersionnye svoistva vetvei kolebanii zvezdnogo diska i uslovie
ego gravitacionnoi ustoichivosti.
 budet blizka k
minimal'no vozmozhnoi. Proanaliziruem s etoi tochki zreniya
dispersionnye svoistva vetvei kolebanii zvezdnogo diska i uslovie
ego gravitacionnoi ustoichivosti.
Kak my vyyasnili vyshe, destabiliziruyushee vliyanie radial'noi
neodnorodnosti parametrov diska obuslovleno dvumya faktorami.
Vo-pervyh, v stacionarnom zvezdnom diske dlya dispersii azimutal'nyh 
skorostei zvezd imeem 
 [1], i 
sledovatel'no, dlya stabilizacii predel'no neosesimmetrichnyh vozmushenii iz-za
men'shei, chem radial'naya, azimutal'noi "uprugosti" diska velichina
 [1], i 
sledovatel'no, dlya stabilizacii predel'no neosesimmetrichnyh vozmushenii iz-za
men'shei, chem radial'naya, azimutal'noi "uprugosti" diska velichina 
 dolzhna byt' v
 dolzhna byt' v 
 raz bol'she, chem
 raz bol'she, chem  . Vo-vtoryh, 
dispersionnoe uravnenie (2.2.38) v oblasti chastot
. Vo-vtoryh, 
dispersionnoe uravnenie (2.2.38) v oblasti chastot 
 opisyvaet tri vetvi kolebanii v ploskosti diska: dve
gravitacionnye i odnu gradientnuyu. Gradientnaya vetv' obuslovlena
nalichiem neodnorodnosti dispersii radial'nyh skorostei zvezd ili
neodnorodnosti poverhnostnoi plotnosti diska, libo i tem, i
drugim. Dopolnitel'naya destabilizaciya vozmushenii v neodnorodnom
diske svyazana s vozniknoveniem "vzaimodeistviya" mezhdu gradientnoi
i gravitacionnymi vetvyami v sluchae nedostatochno goryachego 
(
 opisyvaet tri vetvi kolebanii v ploskosti diska: dve
gravitacionnye i odnu gradientnuyu. Gradientnaya vetv' obuslovlena
nalichiem neodnorodnosti dispersii radial'nyh skorostei zvezd ili
neodnorodnosti poverhnostnoi plotnosti diska, libo i tem, i
drugim. Dopolnitel'naya destabilizaciya vozmushenii v neodnorodnom
diske svyazana s vozniknoveniem "vzaimodeistviya" mezhdu gradientnoi
i gravitacionnymi vetvyami v sluchae nedostatochno goryachego 
(
 ) zvezdnogo diska. Nizhe budem polagat' zakon vrasheniya 
stepennym
) zvezdnogo diska. Nizhe budem polagat' zakon vrasheniya 
stepennym 
 s
 s  const (
 const ( ). Dispersionnye 
krivye v oblasti chastot
). Dispersionnye 
krivye v oblasti chastot 
 v diske s
 v diske s 
 izobrazheny na ris. 2.6, 2.8.
 izobrazheny na ris. 2.6, 2.8.
|  | 
| Ris. 2.8. Vetvi neosesimmetrichnyh vozmushenii v modeli zvezdnogo
diska, harakterizuemogo parametrami  | 
V to zhe vremya s rostom "temperatury" diska (uvelicheniem
parametra  ) absolyutnaya velichina chastoty gravitacionnyh 
vozmushenii v oblasti
) absolyutnaya velichina chastoty gravitacionnyh 
vozmushenii v oblasti 
 rastet, i pri nekotorom
 rastet, i pri nekotorom 
 "slabaya svyaz'" gradientnoi i gravitacionnyh vetvei ischezaet. Eto i
privodit k stabilizacii gravitacionno-gradientnoi neustoichivosti
diska (sm. ris. 2.8,b). Kak vidno iz ris. 2.8,a, v nedostatochno
goryachem (
 "slabaya svyaz'" gradientnoi i gravitacionnyh vetvei ischezaet. Eto i
privodit k stabilizacii gravitacionno-gradientnoi neustoichivosti
diska (sm. ris. 2.8,b). Kak vidno iz ris. 2.8,a, v nedostatochno
goryachem ( ) zvezdnom diske v prostranstve volnovyh chisel 
mogut sushestvovat' dve oblasti neustoichivosti. Etot effekt
obuslovlen sleduyushim obstoyatel'stvom. Zakon dispersii gradientnoi
vetvi kolebanii diska, blizkogo k granice ustoichivosti, v oblasti
dlin voln
) zvezdnom diske v prostranstve volnovyh chisel 
mogut sushestvovat' dve oblasti neustoichivosti. Etot effekt
obuslovlen sleduyushim obstoyatel'stvom. Zakon dispersii gradientnoi
vetvi kolebanii diska, blizkogo k granice ustoichivosti, v oblasti
dlin voln 
 zapishem v vide
 zapishem v vide
 ) 
chastota gradientnoi vetvi otricatel'na, a v oblasti dlin voln
) 
chastota gradientnoi vetvi otricatel'na, a v oblasti dlin voln 
 -- polozhitel'na. Takim obrazom, gradientnye 
vozmusheniya mogut vzaimodeistvovat' kak s otricatel'noi, tak i s polozhitel'noi
dzhinsovskimi vetvyami kolebanii zvezdnogo diska (sm. ris. 2.8).
 -- polozhitel'na. Takim obrazom, gradientnye 
vozmusheniya mogut vzaimodeistvovat' kak s otricatel'noi, tak i s polozhitel'noi
dzhinsovskimi vetvyami kolebanii zvezdnogo diska (sm. ris. 2.8).
Esli parametry diska takovy, chto 
 (
 ( const), 
to sushestvuet lish' odna oblast' neustoichivosti v
 const), 
to sushestvuet lish' odna oblast' neustoichivosti v  -prostranstve. 
Pri
-prostranstve. 
Pri  mogut sushestvovat' dve oblasti neustoichivosti v
 mogut sushestvovat' dve oblasti neustoichivosti v 
 -prostranstve. I v zavisimosti ot parametra
-prostranstve. I v zavisimosti ot parametra  s rostom velichiny
 
s rostom velichiny  odna iz nih ischezaet pri men'shih znacheniyah
 odna iz nih ischezaet pri men'shih znacheniyah 
 , a drugaya -- pri bol'shih. V diskah s
, a drugaya -- pri bol'shih. V diskah s 
 neustoichivost' v oblasti II podavlyaetsya pri men'shih znacheniyah
 neustoichivost' v oblasti II podavlyaetsya pri men'shih znacheniyah 
 , chem neustoichivost' v oblasti I. Esli zhe v zvezdnom diske
, chem neustoichivost' v oblasti I. Esli zhe v zvezdnom diske 
 , to pri men'shih znacheniyah
, to pri men'shih znacheniyah  podavlyaetsya neustoichivost' v
oblasti I. V diskah s
 podavlyaetsya neustoichivost' v
oblasti I. V diskah s 
 obe oblasti neustoichivosti ischezayut prakticheski pri odnom i tom zhe
znachenii velichiny
 
obe oblasti neustoichivosti ischezayut prakticheski pri odnom i tom zhe
znachenii velichiny  (ris. 2.8,b). Tochnoe znachenie
 (ris. 2.8,b). Tochnoe znachenie 
 , 
vychislennoe iz polnogo dispersionnogo uravneniya
(2.2.38), slabo zavisit ot parametrov diska [224].
, 
vychislennoe iz polnogo dispersionnogo uravneniya
(2.2.38), slabo zavisit ot parametrov diska [224].
Itak, funkciya 
 v sluchae
 v sluchae 
 dostigaet svoego 
minimuma pri
 dostigaet svoego 
minimuma pri 
 . Kazalos' 
by, v kazhdoi tochke
. Kazalos' 
by, v kazhdoi tochke  zvezdnomu disku "vygodno" imet' blizkie znacheniya
 zvezdnomu disku "vygodno" imet' blizkie znacheniya 
 i
 i  . No etot vyvod osnovyvaetsya na lokal'nom analize
pri fiksirovannom
. No etot vyvod osnovyvaetsya na lokal'nom analize
pri fiksirovannom  , i, takim obrazom, odnovremennoe vypolnenie dvuh
uslovii -- disk marginal'no ustoichiv i parametr
, i, takim obrazom, odnovremennoe vypolnenie dvuh
uslovii -- disk marginal'no ustoichiv i parametr  const
 const
 -- v obshem sluchae ne mozhet realizovat'sya dlya dostatochno 
protyazhennoi oblasti.
 -- v obshem sluchae ne mozhet realizovat'sya dlya dostatochno 
protyazhennoi oblasti.
Vyyasnim, k chemu privodit trebovanie, chtoby ves' disk (za 
isklyucheniem central'nyh oblastei) obladal minimal'no vozmozhnoi dlya
ustoichivosti dispersiei radial'nyh skorostei zvezd [62]. 
Ogranichivayas' kachestvennym rassmotreniem, vospol'zuemsya dlya
analiza kriteriem ustoichivosti (2.4.21), zapisannym v forme 
 ,
, 
 . Budem rassmatrivat' (2.4.23) kak differencial'noe uravnenie dlya 
funkcii
. Budem rassmatrivat' (2.4.23) kak differencial'noe uravnenie dlya 
funkcii 
 , schitaya zavisimosti
, schitaya zavisimosti 
 ,
,  izvestnymi. V sootvetstvii s etim perepishem (2.4.23) v vide
 
izvestnymi. V sootvetstvii s etim perepishem (2.4.23) v vide 
Kak netrudno videt' iz (2.4.23), velichina
 dostigaet minimal'nogo znacheniya pri
 
dostigaet minimal'nogo znacheniya pri 
 , 
i v etom sluchae s neobhodimost'yu
, 
i v etom sluchae s neobhodimost'yu  . Dlya real'nyh ploskih 
galaktik horoshei approksimaciei yavlyaetsya zavisimost'
. Dlya real'nyh ploskih 
galaktik horoshei approksimaciei yavlyaetsya zavisimost' 
 s
 s  const. Takim obrazom, uslovie
 const. Takim obrazom, uslovie 
 trebuet
 trebuet 
 s
 s 
 . Odnako v etom sluchae dlya proizvol'nyh
. Odnako v etom sluchae dlya proizvol'nyh  ne mozhet vypolnyat'sya 
uslovie
 ne mozhet vypolnyat'sya 
uslovie  . A pri
. A pri  v zavisimosti ot znaka 
"
 v zavisimosti ot znaka 
" " ili "
" ili " " v (2.4.24) velichina
" v (2.4.24) velichina  stanovitsya sootvetstvenno bol'she 
ili men'she
 stanovitsya sootvetstvenno bol'she 
ili men'she 
 .
.
Chislennoe integrirovanie uravneniya (2.4.24) privodit k
sleduyushemu rezul'tatu: ogranichennye resheniya uravneniya (2.4.24)
vozmozhny tol'ko pri znake " ", t.e.
", t.e.  . Takim obrazom, hotya
parametr
. Takim obrazom, hotya
parametr  mozhet zaviset' ot radial'noi koordinaty, no
 mozhet zaviset' ot radial'noi koordinaty, no 
 .
.
Nablyudeniya. Velichiny  i
 i  (no ne sama plotnost')
opredelyayutsya iz nablyudenii dostatochno uverenno. Izvestno takzhe
neskol'ko galaktik, v kotoryh opredeleny dispersii radial'nyh
skorostei v neskol'kih tochkah (dlya opredeleniya velichiny
 (no ne sama plotnost')
opredelyayutsya iz nablyudenii dostatochno uverenno. Izvestno takzhe
neskol'ko galaktik, v kotoryh opredeleny dispersii radial'nyh
skorostei v neskol'kih tochkah (dlya opredeleniya velichiny
 dostatochno dvuh) po radial'noi koordinate. Poetomu predstavlyaet
interes proverit' dlya etih ob'ektov vypolnenie usloviya
 dostatochno dvuh) po radial'noi koordinate. Poetomu predstavlyaet
interes proverit' dlya etih ob'ektov vypolnenie usloviya  , 
kotoroe ekvivalentno
, 
kotoroe ekvivalentno
Dlya solnechnoi okrestnosti Galaktiki razbros znachenii
parametrov  ,
,  dostatochno velik:
 dostatochno velik:  kpk,
 kpk,  [225];
 [225]; 
 kpk [15];
 kpk [15]; 
 kpk [226];
 kpk [226]; 
 kpk [227,228];
 kpk [227,228]; 
 kpk [229].  
Krainie ocenki dayut
 kpk [229].  
Krainie ocenki dayut 
 . Uslovie (2.4.25) vypolnyaetsya
i dlya vseh 11 galaktik, rassmotrennyh v rabote [62], prichem dlya nih
. Uslovie (2.4.25) vypolnyaetsya
i dlya vseh 11 galaktik, rassmotrennyh v rabote [62], prichem dlya nih 
 .
.
Sleduet otmetit', chto esli v zvezdnom diske sushestvennuyu rol'
igrayut kakie-libo processy, privodyashie k nagrevu diska, to sistema
obladaet zapasom ustoichivosti (
 ), i, takim obrazom, 
uslovie (2.4.25) mozhet narushat'sya. Chtoby ustanovit' velichinu
), i, takim obrazom, 
uslovie (2.4.25) mozhet narushat'sya. Chtoby ustanovit' velichinu
 iz nablyudenii, neobhodimo nezavisimoe opredelenie plotnosti
veshestva zvezdnogo diska, chto yavlyaetsya neprostoi zadachei.
 iz nablyudenii, neobhodimo nezavisimoe opredelenie plotnosti
veshestva zvezdnogo diska, chto yavlyaetsya neprostoi zadachei.
Pri provedenii chislennyh eksperimentov po modelirovaniyu
besstolknovitel'nogo zvezdnogo diska mozhno opredelyat' radial'nye
zavisimosti ravnovesnyh parametrov  ,
, 
 ,
,  ,
,
 i takim obrazom vychislyat' harakternye masshtaby neodnorodnostei 
etih velichin. Obsuzhdenie takogo roda rabot dano v p. 3.3.2. Rezul'taty
etih rabot takzhe podtverzhdayut, chto vne central'nyh oblastei
harakternyi masshtab neodnorodnosti poverhnostnoi plotnosti ne
prevyshaet po velichine harakternyi masshtab neodnorodnosti dispersii
radial'nyh skorostei zvezd (
 i takim obrazom vychislyat' harakternye masshtaby neodnorodnostei 
etih velichin. Obsuzhdenie takogo roda rabot dano v p. 3.3.2. Rezul'taty
etih rabot takzhe podtverzhdayut, chto vne central'nyh oblastei
harakternyi masshtab neodnorodnosti poverhnostnoi plotnosti ne
prevyshaet po velichine harakternyi masshtab neodnorodnosti dispersii
radial'nyh skorostei zvezd (
 ). Kak my uvideli 
vyshe, etot rezul'tat mozhno ob'yasnit', ishodya iz trebovaniya, chtoby ves'
disk nahodilsya na granice gravitacionnoi ustoichivosti.
). Kak my uvideli 
vyshe, etot rezul'tat mozhno ob'yasnit', ishodya iz trebovaniya, chtoby ves'
disk nahodilsya na granice gravitacionnoi ustoichivosti.
Interesno takzhe otmetit', chto v modeli Galaktiki Rol'fsa i Kreichmana [230] 
po rezul'tatam vychisleniya  velichina
 velichina 
 , a 
v modeli Kaldvella i Ostraikera [24]
, a 
v modeli Kaldvella i Ostraikera [24] 
 .
.
<< 2.3 Gravitacionnaya neustoichivost' | Oglavlenie | 2.5 Izgibnye vozmusheniya >>
| Publikacii s klyuchevymi slovami:
akkrecionnyi disk - disk, galakticheskii - gidrodinamika - spiral'naya struktura Publikacii so slovami: akkrecionnyi disk - disk, galakticheskii - gidrodinamika - spiral'naya struktura | |
| Sm. takzhe: Vse publikacii na tu zhe temu >> | |





















 ;
; 
 ;
; 
 ppi
 ppi 
 i
 i 
 . Sploshnoi liniei pokazana
. Sploshnoi liniei pokazana 
 , punktirnoi --
, punktirnoi -- 
 .
.




 
