Regulyarnye struktury v konusah ionizacii v okrestnosti aktivnyh yader galaktik
<< 3. Metodika nelineinogo modelirovaniya | Oglavlenie | 5. Osnovnye vyvody >>
4. Rezul'taty nelineinogo chislennogo modelirovaniya
Pri issledovanii osobennostei evolyucii vozmushenii my imeli vozmozhnost'
zadat' bolee vysokoe prostranstvennoe razreshenie dlya osesimmetrichnyh mod i,
sledovatel'no, poluchit' effekty bolee vysokogo poryadka. Poetomu my snachala
obsuzhdaem dinamiku pinchevyh (
) mod, a lish' zatem trehmernyh
gelikoidal'nyh (
) mod.
i) 2D-rezul'taty
Vo vseh provedennyh seriyah eksperimentov imelo mesto razvitie dvuh
neustoichivyh mod - poverhnostnoi mody Kel'vina-Gel'mgol'ca i osnovnoi
(ne imeyushei nulei sobstvennyh funkcii vozmushenii mezhdu granicei i
os'yu simmetrii strui - 
; sm. [1]) volnovodno-rezonansnoi
mody semeistva 
. V otlichie ot
poslednei moda Kel'vina-Gel'mgol'ca okazalas' ochen' chuvstvitel'noi k
"razmazke" perehodnogo sloya ot strui k okruzhayushei srede, opredelyaemoi
prostranstvennym shagom raschetnoi setki v 
-napravlenii
(stabiliziruyushee vliyanie sglazhivaniya sdviga skorosti horosho izvestno,
sm., naprimer, [17]-[18]).
Poetomu zametnyi vklad v rezul'tiruyushuyu kartinu
vozmushenii eta moda davala tol'ko na setke s
, a
v ostal'nyh raschetah ee amplituda byla prenebrezhimo mala.
Ukazannoe vliyanie "tolshiny" perehodnogo sloya na inkrement vozmushenii privodit k tomu, chto uvelicheniem prostranstvennogo razresheniya setki inkrement narastaet, asimptoticheski stremyas' k znacheniyu, opredelyaemomu iz lineinogo analiza razryvnoi modeli.
Harakternoi osobennost'yu evolyucii vozmushenii vo vseh provedennyh seriyah
raschetov yavlyaetsya to, chto na lineinoi stadii rosta radial'nye zavisimosti
amplitudnyh ogibayushih vozmushenii vseh velichin horosho opisyvayutsya funkciei
(sm. razdel 1), togda kak na stadii
nelineinogo nasysheniya vidoizmenyayutsya k zavisimostyam
,
opisyvayushim ravnovesnye raspredeleniya. Etot fakt my illyustriruem
ris. 1 i 2.
Na nelineinoi stadii
razvitie volnovodno-rezonansnoi neustoichivosti osnovnoi ()
vnutrennei gravitacionnoi mody privodit v okruzhayushei struyu srede k
formirovaniyu udarnyh voln, front kotoryh primerno paraboloidnyi v real'nom
trehmernom prostranstve. V tom, chto obsuzhdaemye vozmusheniya deistvitel'no
predstavlyayut soboi udarnye volny, mozhno ubedit'sya pri pomoshi
ris. 2, gde
pokazana radial'naya zavisimost' 
-komponenty skorosti veshestva,
uchityvaya tot izvestnyi fakt, chto pri ispol'zovanii
chislennoi shemy TVD-E poverhnost' razryva vsegda okazyvaetsya "razmazannoi"
ne menee chem na pyat' prostranstvennyh yacheek shemy [16].
Sdelannyi vyvod
podtverzhdaetsya i sravneniem skorosti rasprostraneniya vozmushenii v normal'nom k
poverhnosti fronta napravlenii 
so skorost'yu zvuka v okruzhayushei struyu
srede 
, skorost' fronta sverhzvukovaya, prichem
nash analiz pokazyvaet, chto chislo Maha fronta
postoyanno s radiusom. Kak predstavlyaetsya, pomimo
ochevidnogo uvelicheniya skorosti iz-za razvitiya neustoichivosti, rost skorostei
frontov udarnyh voln s radiusom obuslovlen i izvestnym effektom uskoreniya
udarnoi volny pri ee rasprostranenii v storonu ubyvaniya plotnosti.
Ostanovimsya na sleduyushem momente, kraine vazhnom dlya nashego rassmotreniya.
Dlya issledovannyh v [19]-[20]
sistem s gravitacionnym potencialom
kulonovskogo tipa harakteren ohvat rozhdayushimisya v strue vozmusheniyami vsei
okruzhayushei atmosfery. Eto svyazano s tem, chto volnovoe soprotivlenie
(harakteristicheskii impedans) v atmosfere men'she, chem v strue:
. Imenno poetomu dlya protozvezdnyh akkrecionno-struinyh sistem
mozhno predpolagat' nalichie vzaimnogo vliyaniya dzhetov i akkrecionnogo diska
cherez volny v atmosfere [19]-[20].
V rassmatrivaemom zhe zdes' sluchae imeet mesto
obratnaya situaciya:
, chto prepyatstvuet proniknoveniyu
vozmushenii v okruzhayushuyu sredu. Harakternaya glubina etogo
proniknoveniya po shirotnomu uglu pokazana na ris. 3; pri etom
esli snachala eta glubina bystro narastaet so vremenem, to
v posleduyushem ona vyhodit na nasyshenie. Otmetim, chto etot effekt lokalizacii
vozmushenii vo vneshnei srede v shirokom konuse vokrug strui ne zavisit ot tipa
mody, poskol'ku volnovoe soprotivlenie ne zavisit ot konkretnogo tipa
simmetrii voln.
Bolee togo, my utverzhdaem, chto etot effekt ne zavisit i ot fizicheskogo mehanizma vozbuzhdeniya mody - i dlya ob'emnyh rezonansnyh mod, obuslovlennyh sverhotrazheniem, i dlya poverhnostnyh mod Kel'vina-Gel'mgol'ca vozmusheniya odinakovo bystro spadayut v okruzhayushei srede s udaleniem ot granicy strui.
 |
Ris. 1.
Radial'nye zavisimosti otnositel'nyh vozmushenii
plotnosti - zhirnaya sploshnaya liniya; radial'noi skorosti - sploshnaya;
davleniya - shtrihovaya; meridial'noi skorosti - shtrihpunktirnaya na
lineinoi stadii razvitiya neustoichivosti (cifroi ukazan bezrazmernyi
moment vremeni) pri
|
 |
Ris. 2.
Radial'nye zavisimosti otnositel'nyh vozmushenii
plotnosti - zhirnaya sploshnaya liniya; radial'noi skorosti - sploshnaya;
davleniya - shtrihovaya; meridial'noi skorosti - shtrihpunktirnaya
na vyrazhennoi nelineinoi stadii razvitiya neustoichivosti (cifroi ukazan
bezrazmernyi moment vremeni) pri
|
 |
Ris. 3.
Sleva - obraz galaktiki NGC 5252 v uzkih zapreshennyh
liniyah [OIII]; v seredine - izolinii model'noi svetimosti
osesimmetrichnoi mody (ugol naklona osi simmetrii konusa k luchu
zreniya
|
), sprava - izolinii model'noi svetimosti
dlya vintovoi mody,
Ugol rastvora konusa, ohvatyvaemogo vozmusheniyami, ispytyvaet
kvaziperiodicheskie zatuhayushie oscillyacii. Eto svyazano s nalichiem
upomyanutoi vyshe nelineinoi superpozicii dvuh mod s razlichnym
fizicheskim mehanizmom raskachki. Eti mody obladayut razlichnymi
chastotami i sootvetstvenno na fone nesushei chastoty, opredelyaemoi
polusummoi ih chastot, nablyudayutsya bieniya na chastote, ravnoi
poluraznosti etih chastot. Poskol'ku posle vyhoda na nelineinoe
nasyshenie moda Kel'vina-Gel'mgol'ca nachinaet plavno zatuhat',
eti bieniya takzhe zatuhayut, i dal'neishaya evolyuciya opredelyaetsya
dinamikoi ob'emnoi rezonansnoi mody . Naibolee naglyadno
eti kvaziperiodicheskie oscillyacii proslezhivayutsya na izoliniyah
usrednennyh po radiusu vozmushenii, pokazannyh na pole parametrov
"shirotnyi ugol - vremya".
ii) 3D-modelirovanie
V 3D-modelirovanii my byli vynuzhdeny ogranichit'sya dostatochno gruboi po
uglam i 
setkoi razmerom
,
poetomu rost vozmushenii iz-za opisannogo v nachale punkta effekta
proishodil znachitel'no medlennee, chem v 2D-modelirovanii, i do men'shih
otnositel'nyh amplitud. Tem ne menee, my mozhem utverzhdat', chto vse
osnovnye zakonomernosti evolyucii vozmushenii takie zhe, kak i v
dvumernom sluchae, poetomu zdes' my ostanovimsya tol'ko na razlichiyah.
Prezhde vsego, v 3D-modelirovanii my issledovali razvitie pervoi
vintovoi () mody. Na vypolnennom pri postoyannom znachenii
razreze volnovoi uzor dannoi mody predstavlyaet soboi
odnorukavnuyu otstayushuyu (otnositel'no napravleniya vrasheniya fazovogo
uzora) spiral'. V ob'eme etot uzor predstavlyaet soboi medlenno
vrashayushuyusya (v sravnenii s 
) gelikoidal'nuyu strukturu,
zapolnyayushuyu shirokii konus vokrug central'noi kollimirovannoi
strui. Pri proecirovanii takogo gelikona na ploskost'
(fotometricheskoe izobrazhenie) v zavisimosti ot ugla naklona ego
osi k luchu zreniya my poluchaem libo 
-obraznyi, libo petel'nyi
-obraznyi volnovoi uzor. Iz-za vrasheniya etogo fazovogo
obrazovaniya na karte luchevyh skorostei nablyudaetsya pereklyuchenie s
krasnogo na sinee smeshenie i obratno pri perehode s odnoi vetvi
-struktury na druguyu.
Obsuzhdaya voprosy, svyazannye so svetimost'yu, neobhodimo sdelat' sleduyushee
zamechanie. Kak vidno neposredstvenno iz sistemy (14)-(18), my ne
reshaem v yavnom vide uravneniya fotoionizacionnogo balansa, a potomu ne
mozhem vydelit' svetimost' v otdel'nyh liniyah. Vmeste s tem obsuzhdaemye
struktury v real'nyh konusah ionizacii nablyudayutsya v bal'merovskih
liniyah vodoroda i v uzkih zapreshennyh liniyah atomov, ispytavshih
udarnoe vozbuzhdenie. Chtoby isklyuchit' zasvetku ot goryachego veshestva,
izluchayushego bezudarnym obrazom, nam pokazalos' estestvennym pri obrabotke
rezul'tatov modelirovaniya vydelyat' svetimost' sobstvenno volnovoi
struktury, summiruya vdol' lucha zreniya funkciyu
. Krome togo, pri postroenii
model'nyh izobrazhenii svetimosti my isklyuchali yacheiki, prihodyashiesya na
struyu, poskol'ku temperatury v nei nastol'ko veliki, chto vysvechivaniya
ionizovannogo vodoroda v obsuzhdaemyh liniyah proishodit' ne budet.
iii) astrofizicheskie prilozheniya
Takim obrazom, udarnye volny, razvivayushiesya v okoloyadernoi oblasti
galaktik i obuslovlennye neustoichivost'yu vysokokollimirovannoi strui,
dolzhny byt' lokalizovany v konuse s uglom polurastvora
vne strui. Ochevidno, chto v real'nyh situaciyah
zafrontovoi gaz budet intensivno izluchat'. Poskol'ku formiruyushayasya struktura
dostatochno korotkovolnovaya -
- uzhe sravnitel'no
malyi naklon osi simmetrii obsuzhdaemogo konusa k nablyudatelyu privedet k tomu,
chto iz-za effekta proekcii dannoe obrazovanie budet vosprinimat'sya kak
sploshnoi konus izlucheniya, na fone kotorogo budet proslezhivat'sya bolee yarkaya
regulyarnaya struktura (strands [5]).
Poslednyaya dolzhna obrazovyvat'sya temi
uchastkami udarnyh frontov, kotorye orientirovany prakticheski vdol' lucha zreniya.
Na ris. 3
my shematicheski vossozdaem opisannuyu situaciyu po rezul'tatam nashego
modelirovaniya dlya naklonnoi k luchu zreniya osi simmetrii konusa, pokazyvaya
izolinii prosummirovannoi vdol' lucha zreniya svetimosti (v primenennoi
modeli, takim obrazom, podrazumevaetsya opticheskaya prozrachnost' gaza).
Na levoi chasti ris. 3
dlya sravneniya my privodim [O III] izobrazhenie ob'ekta
NGC 5252, poluchennoe na dline volny ispuskaniya
Å.
V ramkah predlozhennogo scenariya obrazovaniya konusov ionizovannogo veshestva
udaetsya ob'yasnit' i formirovanie nablyudaemogo v udalennoi ot yadra galaktiki
oblasti polya skorostei s golubymi doplerovskimi smesheniyami v odnom konuse
ionizacii i krasnymi - v diametral'no protivopolozhnom. Deistvitel'no,
pri uglah naklona osei radiodzhetov k luchu zreniya
blizhnii k nablyudatelyu konus budet viden cherez udarnye fronty,
rasprostranyayushiesya prakticheski na nablyudatelya, a dal'nii - na fone
udalyayushihsya udarnyh frontov. Skorosti etih frontov mozhno ocenit' sleduyushim
obrazom:
Podstavlyaya v (23) ukazannye v razdele 2 chislovye znacheniya, opredelyaem
km/s, chto horosho soglasuetsya s
nablyudaemymi doplerovskimi smesheniyami [21].
Pri etom, poskol'ku skorosti
udarnyh voln rastut lineino s radiusom, s udaleniem ot yadra budet
vozrastat' i doplerovskii sdvig luchevyh skorostei, chto takzhe otvechaet
real'no nablyudaemym polyam skorostei.
Nashe modelirovanie bylo libo osesimmetrichnym, libo neosesimmetrichnym; v real'noi situacii pinchevye vozmusheniya i vintovye mody v strue budut razvivat'sya odnovremenno. Nelineinoi superpoziciei takih mod mogut byt' ob'yasneny morfologiya volnovogo uzora i pole skorostei, nablyudaemye v NGC 5252, esli predpolozhit', chto vo vnutrennei oblasti prevaliruet vintovaya moda, a vo vneshnei - osesimmetrichnaya.
<< 3. Metodika nelineinogo modelirovaniya | Oglavlenie | 5. Osnovnye vyvody >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Yadra galaktik - dzhet - Seifertovskaya galaktika
Publikacii so slovami: Yadra galaktik - dzhet - Seifertovskaya galaktika | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
