Tại sao không có các đám mây ISM với nhiệt độ từ 100 đến 6.000K?

Trong môi trường liên sao, có một số pha khuếch tán khác nhau của khí, được phân biệt bởi mật độ và nhiệt độ của chúng. Cụ thể, môi trường trung tính lạnh có nhiệt độ từ ~ 50-100 K và môi trường trung tính ấm áp dao động từ 6.000-10.000 K. Theo giáo sư của tôi, có rất ít đám mây khí được tìm thấy với nhiệt độ giữa hai.

Có ai biết tại sao một khoảng cách lớn như vậy tồn tại?

Gọi , và là mật độ số của hydro, nhiệt độ của khí và , trong đó là mật độ số của thành phần thứ của môi trường liên sao. Sau đó, chúng ta có thể viết các tiêu chí cho trạng thái cân bằng nhiệt là trong đó và và các chức năng làm nóng và làm mát tương ứng và được xác định thông qua các chức năng đó và . Nếu trạng thái cân bằng không ổn định, cho entropyT x i n i / n n i i n 2 Λ ( n , T , x i ) - n Γ ( n , T , x i ) ≡ n 2 L = 0 Λ Γ L n ( ∂ $n$$T$$x_i$$n_i/n$$n_i$$i$

$$n^2\Lambda(n,T,x_i)-n\Gamma(n,T,x_i)\equiv n^2\mathcal{L}=0$$ $\Lambda$$\Gamma$$\mathcal{L}$$n$SPhương trình 4a,4 $$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial S}\right)<0$$ $S$ . Điều này dẫn đến các điều kiện không ổn định khác nhau, được gọi là sự không ổn định isochoric và isobaric ( Trường (1965) , ). Chúng có thể được xác định từ nhiệt độ, áp suất và mật độ của khí (cũng giả sử rằng khí có thể được xấp xỉ là một loại khí lý tưởng).$\text{Eq } 4a,4b$

Nói chung, và rất phức tạp để xác định, mặc dù sự kết hợp giữa các yếu tố sức mạnh và các yếu tố phân rã theo cấp số nhân thường có thể là đủ. Một đường cong ví dụ dường như bật lên rất nhiều như một ví dụ được tính toán bởi Dalgarno & McCray (1972) , Hình 2:$\Lambda$$\Gamma$

Các phép đo chính xác hơn đã được thực hiện kể từ đó, nhưng hình dạng chung vẫn được áp dụng. Môi trường trung tính ấm chiếm diện tích gần sự thay đổi mạnh ở khoảng và môi trường trung tính lạnh chiếm diện tích ở bên trái của sơ đồ. Một cách khác để hình dung điều này là trên sơ đồ như thế này (từ các slide này , được chú thích từ Wolfire và cộng sự (1995) ):log P / log $\sim10,000\text{ K}$$\log P/\log n$

Trong thực tế, mô hình hai pha là một sự đơn giản hóa và ISM có các thành phần khác biệt hơn. Tuy nhiên, sự không ổn định isochoric / isobaric vẫn giới hạn phạm vi mà các đám mây có thể tồn tại ở trạng thái cân bằng ổn định và giải thích sự khan hiếm của khí trong phạm vi nhiệt độ có liên quan.

---

Hãy để tôi giải thích các thuật ngữ isobaric và isochoric . Trong nhiệt động lực học, đôi khi thuận tiện để giả định rằng một số biến nhiệt động không đổi trong một tình huống nhất định. Quá trình đẳng nhiệt xảy ra ở nhiệt độ không đổi; tương tự như vậy, đẳng áp các quá trình xảy ra ở áp suất không đổi và isochoric quá trình xảy ra ở thể tích không đổi.

Các phương trình cho hai sự không ổn định là Trước tiên, chúng tôi giả sử rằng đám mây ở mức âm lượng không đổi, và vì tổng lượng vật chất trong hệ thống là không đổi, mật độ (trung bình) cũng phải không đổi. Trong trường hợp thứ hai, chúng tôi giả định rằng đám mây ở áp suất không đổi. Rối loạn dẫn đến sự mất ổn định do đó phát sinh từ sự nhiễu loạn của các biến nhiệt động khác.(∂

$$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}<0\tag{Isochoric}$$ $$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{p}=\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}-\frac{\rho_0}{T_0}\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial\rho}\right)_T<0\tag{Isobaric}$$

Là một lưu ý cuối cùng về ký hiệu, có nghĩa là chúng ta lấy đạo hàm riêng của đối với trong khi giữ không thay đổi. Đó là một quy ước nhiệt động phổ biến.LA

$$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial A}\right)_B$$ $\mathcal{L}$$A$$B$