<< Vvedenie Vybros i peremeshivanie metallov >>

Vybros veshestva iz galaktik
udarnymi volnami ot sverhnovyh

V nastoyashee vremya otsutstvuet teoreticheskoe ponimanie processov, otvetstvennyh za obogashenie mezhgalakticheskoi sredy tyazhelymi elementami. Rasprostranennoe predstavlenie o tom, chto osnovnuyu rol' igraet vybros veshestva iz galaktik udarnymi volnami ot sverhnovyh, osnovano na sushestvennyh uprosheniyah i ne podtverzhdaetsya chislennymi raschetami. Po-vidimomu, lish' v karlikovyh galaktikah vspyshki sverhnovyh yavlyayutsya dostatochno effektivnymi s tochki zreniya vybrosa massy (obogashennoi tyazhelymi elementami) v mezhgalakticheskuyu sredu. Odnako v lyubom sluchae vyhod udarnyh voln iz galaktik sushestvenno oslablen davleniem mezhzvezdnogo gaza v samoi galaktike, a takzhe davleniem okruzhayushego mezhgalakticheskogo gaza (osobenno na bol'shih krasnyh smesheniyah) [7-11]. Dlya massivnyh galaktik naibolee sushestvennym faktorom, podavlyayushim effektivnost' vybrosa veshestva udarnymi volnami ot sverhnovyh, okazyvaetsya nekogerentnost' ih vspyshek [12]. V samom dele, izvestno, chto sverhnovye tipa II vzryvayutsya v OB-associaciyah kollektivno (t. e. v vysokoi stepeni sinhronizovanno). Ochevidno, chto lish' te iz takih kollektivnyh vspyshek, summarnaya moshnost' (mehanicheskaya svetimost') kotoryh prevyshaet nekotoroe kriticheskoe znachenie, sposobny privesti k proryvu sloya mezhzvezdnogo gaza i vybrosu veshestva v mezhgalakticheskuyu sredu [13-15]. Predpolagaya dlya galaktik funkciyu svetimosti OB-associacii stepennogo vida

gde dlya nashei Galaktiki sostavlyaet [16],  - chislo OB associacii, soderzhashih OB zvezd, my mozhem naiti dlya mehanicheskoi svetimosti galaktiki v celom ocenku [12]

gde  - minimal'noe chislo sverhnovyh v associacii;  - ego maksimal'no vozmozhnoe (dlya galaktiki dannoi massy) chislo; zdes' prinyato, chto mehanicheskaya svetimost' associacii ravna
, gde erg - energiya vzryva odnoi sverhnovoi;  - vremya zhizni zvezdy-predshestvennicy sverhnovoi s minimal'noi massoi (). Takim obrazom, uslovie, chto mehanicheskaya svetimost' galaktiki prevyshaet nekotoroe kriticheskoe znachenie , neobhodimoe dlya togo, chtoby vybros veshestva byl vozmozhen, zapisyvaetsya v vide

gde  - chislo sverhnovyh v associacii s moshnost'yu, bol'shei kriticheskogo znacheniya . Otsyuda mozhno naiti dolyu mehanicheskoi energii, kotoraya idet na vybros veshestva iz galaktiki:

Ochevidno, chto i yavlyayutsya sluchainymi chislami, zavisyashimi ot massy galaktiki. Dlya togo chtoby opredelit' zavisimost' etih velichin ot massy galaktiki, v [12] bylo proizvedeno modelirovanie metodom Monte Karlo i polucheno sleduyushee approksimacionnoe vyrazhenie dlya :

gde  - polnoe chislo sverhnovyh, vspyhnuvshee v galaktike za vremya zhizni OB-associacii . Legko pokazat' (sm. [12]), chto svyazano so skorost'yu zvezdoobrazovaniya sootnosheniem yr. Iz vyrazheniya (5) vidno, chto dlya malomassivnyh galaktik vspyshki odnoi sverhnovoi mozhet okazat'sya dostatochno, chtoby privesti k vybrosu veshestva. Dlya galaktik bol'shoi massy umen'shaetsya iz-za togo, chto otdel'noi sverhnovoi okazyvaetsya nedostatochno dlya vybrosa, a OB-associacii evolyucioniruyut nekogerentno; pri opredelennom znachenii obrashaetsya v nol'.

Vliyanie davleniya mezhgalakticheskogo gaza na dinamiku gaza, vybroshennogo za predely galaktiki, mozhet byt' opisano prostym sravneniem dinamicheskogo davleniya vybrosa s davleniem mezhgalakticheskogo gaza, chto privodit k vyrazheniyu dlya maksimal'nogo radiusa udarnoi volny [12]

gde  - skorost' poteri massy galaktikoi;  - skorost' potoka veshestva, svyazannogo s vybrosom;  - davlenie okruzhayushego mezhgalakticheskogo gaza. Esli uchest', chto skorost' poteri massy galaktikoi sostavlyaet okolo 10% ee skorosti zvezdoobrazovaniya [17], to my pridem k zavisimosti maksimal'nogo radiusa oblasti, zanimaemoi veshestvom, vybroshennym iz galaktiki, pokazannoi na ris. 1. Zdes' my prinyali dlya skorosti zvezdoobrazovaniya , gde  - chastota vspyshek sverhnovyh v raschete na edinicu massy, dlya nachal'noi funkcii mass Solpitera ; dlya davleniya mezhgalakticheskogo gaza my prinimali , gde ,  K - plotnost' i temperatura mezhgalakticheskogo gaza, chislennoe znachenie dlya temperatury sleduet iz modeli ego fotonagreva posle obrazovaniya pervyh zvezd vo Vselennoi.

Kak vidno iz ris. 1, s uvelicheniem krasnogo smesheniya i svyazannym s etim uvelicheniem plotnosti mezhgalakticheskogo gaza razmer oblasti, kotoruyu mozhet zanimat' vybroshennyi iz galaktik (sledovatel'no, obogashennyi metallami) gaz, rezko umen'shaetsya. Legko ponyat', takim obrazom, chto proizvedennye v galaktikah metally budut lokalizovany v dostatochno maloi okrestnosti materinskih galaktik, faktor zapolneniya takih oblastei (ris. 2) i veroyatnost' obnaruzheniya linii poglosheniya metallov budut dostatochno maly.

Otsyuda sleduet neobhodimost' sushestvovaniya dostatochno effektivnyh mehanizmov peremeshivaniya gaza, sposobnyh za kosmologicheskoe vremya ohvatyvat' oblasti, sravnimye s kosmicheskimi pustotami.

V rabote [18] bylo pokazano, chto prilivnye vzaimodeistviya galaktik mogut privodit' k zametnomu uvelicheniyu ob'ema oblasti, soderzhashei obogashennoe metallami veshestvo. Dal'neishee razvitie etoi idei v rabote [12] vklyuchaet v kachestve osnovnogo elementa mnozhestvennye prilivnye vzaimodeistviya. Mozhno pokazat', chto v ramkah standartnoi kosmologicheskoi modeli s holodnoi temnoi materiei (CDM) srednyaya plotnost' galaktik dostatochno vysoka, chtoby harakternoe vremya mezhdu prilivnymi vzaimodeistviyami galaktik s minimal'nym sblizheniem menee 10 kpc okazlos' zametno men'she habblovskogo vremeni [12]. Eto oznachaet, chto kazhdaya galaktika mozhet ispytyvat' po krainei mere odno takoe vzaimodeistvie. Rezul'tatom etogo yavlyat'sya dispersiya pervonachal'noi kvazisfericheskoi oblasti, zanyatoi obogashennym gazom, kachestvenno napominayushaya diffuziyu.

Raschet takogo kvazidiffuzionnogo processa, provedennyi v [12], pokazyvaet, chto ob'emnyi faktor zapolneniya diffuzionnyh oblastei uvelichivaetsya so vremenem znachitel'no bystree, chem faktor zapolneniya sfer, svyazannyh s prostymi vybrosami gaza udarnymi volnami (ris. 2), i pri dostigaet perkolyacionnogo predela , kogda diffuzionnye oblasti vokrug raznyh galaktik nachinayut perekryvat'sya. Eto ne oznachaet, odnako, chto raspredelenie metallov stanovitsya odnorodnym, poskol'ku razlichnye diffuzionnye oblasti, otnosyashiesya k raznym galaktikam, otlichayutsya drug ot druga metallichnost'yu. Takim obrazom, sushestvennym rezul'tatom [12] yavlyaetsya predskazanie kraine neodnorodnogo prostranstvennogo raspredeleniya metallov v mezhgalakticheskoi srede; naprimer, pri metallichnost' (v edinicah solnechnoi) var'iruetsya ot do pri srednem znachenii . Na bolee rannih stadiyah, , metallichnost' var'iruetsya v eshe bol'shih predelah - ot do . Pri etom znachitel'naya dolya ob'ema mezhgalakticheskoi sredy imeet vse eshe pervichnyi himicheskii sostav. Takim obrazom, predskazyvaemoe minimal'noe znachenie metallichnosti pri okazyvaetsya bol'she nablyudaemogo.

Sleduet, odnako, otmetit', pri ispol'zovanii stekovoi tehniki - nakoplenii signala vdol' razlichnyh napravlenii - izmeryaetsya, po sushestvu, usrednennaya po nebesnoi sfere metallichnost', t. e. velichina dlya kazhdogo znacheniya krasnogo smesheniya, gde  - poverhnostnyi faktor diffuzionnyh oblastei (dolya nebesnoi sfery, pokryvaemaya diffuzionnymi oblastyami pri dannom krasnom smeshenii). V raschetah [12] poverhnostnyi faktor zapolneniya na nebesnoi sfere diffuzionnyh oblastei ostaetsya vsegda sushestvenno men'she edinicy, poetomu rezul'tiruyushee znachenie okazyvaetsya men'she usrednennoi po ob'emu metallichnosti i pri sostavlyaet . Slabym mestom modeli [12] yavlyaetsya to, chto osnovnaya chast' galaktik, v tom chisle i karlikovyh, kotorye vnosyat naibolee znachitel'nyi vklad kak v vybros massy v okruzhayushee prostranstvo, tak i v diffuzionnoe peremeshivanie, obuslovlennoe prilivnymi vzaimodeistviyami, sosredotochena glavnym obrazom v stenkah kosmicheskih pustot, poetomu sam process diffuzii ne budet, po-vidimomu, pronikat' gluboko v oblast' pustot. Bolee uverennye vyvody mogut byt' sdelany tol'ko na osnove detal'nogo chislennogo issledovaniya v ramkah etoi modeli. Otmechennaya vo vvedenii problema, takim obrazom, ne snimaetsya polnost'yu.

V rabote [19] bylo predlozheno, chto obogashenie mezhgalakticheskogo veshestva metallami osushestvlyaetsya vzryvnymi vybrosami iz dostatochno massivnyh galaktik (s polnoi, vklyuchaya nebarionnuyu, massoi ) pri . Sushestvennym, odnako, yavlyaetsya predpolozhenie o ves'ma vysokoi dole holodnyh barionov, sposobnyh prevrashat'sya v zvezdy (), a takzhe o vysokoi effektivnosti zvezdoobrazovaniya (do 50%), chto, na nash vzglyad, chrezmerno zavyshaet energetiku rannih galaktik i ih sposobnost' vybrasyvat' gaz v okruzhayushuyu sredu.

Vypolnennoe nedavno chislennoe modelirovanie processa obogasheniya i peremeshivaniya tyazhelyh elementov na bol'shih masshtabah ( Mpc), ohvatyvayushih i oblasti nizkoi plotnosti (t. e. kosmicheskie pustoty s kontrastom plotnosti ) pokazyvaet sposobnost' galakticheskogo vetra i davleniya izlucheniya ot galaktik dostatochno effektivno peremeshivat' metally [20, 21]. Sleduet, odnako, otmetit', chto prostranstvennoe razreshenie v etih modelyah sootvetstvuet SPH chasticam v ob'eme i sostavlyaet vsego Mpc, chto prevyshaet razmer oblasti, kotoruyu sposobny zapolnit' tyazhelye elementy, vybrasyvaemye iz galaktik vspyshkami sverhnovyh. Sushestvenno takzhe, chto v chislennom modelirovanii [20, 21] v kachestve nachal'nogo usloviya predpolagaetsya, chto metally uzhe zapolnyayut oblast' s razmerom poryadka 0.5 Mpc. Takim obrazom, v etih modelyah teryayutsya vse detali processov na "mikroskopicheskom" urovne, kotorye, kak sleduet iz skazannogo vyshe, i opredelyayut vsyu dinamiku obogasheniya i peremeshivaniya. Krome togo, moshnost' galakticheskogo vetra, predpolagaemaya v [20], yavlyaetsya, po-vidimomu, zavyshennoi.

Dostatochno ochevidnym yavlyaetsya to obstoyatel'stvo, chto esli perenos metallov v mezhgalakticheskoi srede osushestvlyaetsya glavnym obrazom gidrodinamicheskimi dvizheniyami, svyazannymi s kollektivnymi vpyshkami sverhnovyh v galaktikah i, vozmozhno, posleduyushimi prilivnymi vzaimodeistviyami, to v lyuboi modeli peremeshivaniya ih prostranstvennoe raspredelenie v mezhgalakticheskii srede dolzhno byt' ves'ma neodnorodnym. Deistvitel'no, srednyaya metallichnost' v ob'eme , zanimaemom obogashennym veshestvom, ravna , gde mozhet byt' opredelen kak s iz (6). Esli predpolozhit', chto , gde  - dlitel'nost' stadii, v techenie kotoroi galaktika vybrasyvaet veshestvo v mezhgalakticheskoe prostranstvo, a takzhe uchest', chto [10] (,  - massa i radius galaktiki) i [12], to otsyuda legko naiti . Esli zhe uchest' vozmozhnost' uvelicheniya ob'ema za schet prilivnyh vzaimodeistvii, yavlyayushihsya dlya kazhdoi dannoi galaktiki sluchainym faktorom, to legko ponyat', chto raznye galaktiki budut okruzheny zonoi, obogashennoi tyazhelymi elementami s razlichnoi metallichnost'yu. Eto horosho vidno iz rezul'tatov modeli, predlozhennoi v [12] (ris. 3). Gomogenizaciya takih zon trebuet, kak otmechalos' vyshe, sil'nyh (sverhzvukovyh) dvizhenii, ohvatyvayushih masshtaby poryadka kosmicheskih pustot.

---

<< Vvedenie Vybros i peremeshivanie metallov >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: gaz Publikacii so slovami: gaz
Sm. takzhe: Gory v NGC 2174 Oblaka tumannosti Kilya Oblast' zvezdoobrazovaniya S106 Puli Oriona Oblaka v Lebede HH 222: tumannost' Vodopad Tumannost' Puzyr' i M52 Vse publikacii na tu zhe temu >>