Неустойчивости в астрофизических дисках

• Автор: Хоперсков, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 292 с. : ил.

(«к
1 Глава

Динамика линейных возмущений в вязких аккреционных дисках

1.1. Гидродинамическая модель вязкого газового диска

1.1.1. Исходная система уравнений

1.1.2. Модель тонкого газового диска

1.1.3. Вертикальное равновесие для политроппой модели

1.1.4. Вертикальное равновесие в модели оптически толстого диска

1.1.5. Закон сохранения энергии

1.2. “Плоский” показатель адиабаты

для тонкого газового диска

1.3. Дисперсионные свойства линейных длинноволновых возмущений. Диссипативные неустойчивости АД
1.3.1. Качественный анализ
1.3.2. Дисперсионное уравнение
1.3.3. Законы вязкости
1.3.4. Оптические свойства газа
1.3.5. Вторая вязкость
1.3.6. Закон вращения диска
1.4. Неустойчивость коротковолновых акустических волн
1.4.1. Задача определения собственных частот
1.4.2. Фундаментальные 5- и АЯ-аюды в 2Б- и ЗО-модслях
1.4.3. Дисперсионные свойства высокочастотных неустойчивых мод
1.5. Выводы
2 Глава
Нелинейное моделирование диссипативных аккреционных дисков
2.1. Алгоритмы и методика расчетов вязких дисков
2.1.1. Уровень турбулентной вязкости в АД
2.1.2. Основные уравнения
2.1.3. Численная схема ТУБ
2.1.4. Численная схема БРН
2.2. Формирование ударных волн
2.2.1. Динамика возмущений от стационарного периодического источника
2.2.2. Динамика волн при наличии начального возмущения
2.3. Динамика акустических возмущений
в неадиабатическом аккреционном диске
2.3.1. Случай стандартной модели АД
2.3.2. Аккреция тонкого кольца
2.4. Учет несимметричных и вертикальных движений
2.5. Выводы и обсуждение
3 Глава
Неустойчивости и переход к турбулентности
3.1. Неустойчивости в плоскости вращающегося
радиально неоднородного диска
3.1.1. Проблема конвекции в АД
3.1.2. Дисперсионное уравнение
3.1.3. Границы конвективной устойчивости
3.2. Нелинейная стадия радиальной конвекции
3.2.1. Структура конвекции на нелинейной стадии
3.2.2. Последствия конвективных движений
3.2.3. Долговременная периодичность карликовых новых

3.3. Резонансные неустойчивости
в моделях аккреционных дисков
3.3.1. Собственные частоты колебаний в вертикально неоднородном диске с учетом магнитного поля при наличии звуковой точки
3.3.2. НТАР без магнитного поля
3.3.3. Учет магнитного поля в пределе узкой переходной зоны
3.3.4. Неустойчивость медленных магнитозвуковых волн
3.4. Обсуждение результатов
4 Глава
Динамическое моделирование дисковых галактик
4.1. Динамические модели И-тел
4.1.1. Основные методы расчета самосогласованной гравитационной силы
4.1.2. Построение численных моделей равновесных осесимметричных бесстолкновительных трехмерных звездных дисков
4.1.3. Численное интегрирование уравнений движения.
Параметры динамических моделей и основные предположения
4.2. Тестовые расчеты
4.2.1. Разогрев холодного диска
4.2.2. Модели ТЛЕЕсо(1е и РР
4.2.3. Связь между дисперсиями радиальных и азимутальных скоростей в диске
4.2.4. Бары — как результат развития
гравитационной неустойчивости глобальной бар-моды
4.2.5. Модели с нестационарными сфероидальными подсистемами
4.3 Звездно-газовые модели
5 Глава
Проблема темной массы в Б -галактиках
5.1. Звездные диски на границе гравитационной устойчивости
5.1.1. Проблема гравитационной устойчивости дисков и критерии устойчивости
5.1.2. Звездные диски на границе устойчивости
5.1.3. Граница гравитационной устойчивости моделей без балджа
5.1.4. Модели с образованием бара
5.1.5. Модели с балджем
5.1.6. Дифферснциалыюсть вращения как фактор, повышающий порог гравитацион-
# ной устойчивости
5.2. Оценка массы сфероидальных подсистем для выборки дисковых галактик
5.2.1. Зависимость отношения дисперсии скоростей звезд к скорости вращения ст/У
от относительной массы гало р = Л/^/Л/^
5.2.2. Модели галактик N00 6503, 3198
5.2.3. Линзовидная галактика N00 3115
5.2.4. Оценка массы маржинально устойчивых дисков
5.3. Оценка массы гало для галактик позднего типа
5.3.1. Отношение центральной дисперсии скоростей звезд к максимальной скорости вращения
5.3.2. Оценка массы гало по наблюдаемой дисперсии скоростей звезд в центре диска
5.4. Особенности формы кривых вращения галактик, наблюдаемых с ребра
5.4.1. Постановка вопроса
5.4.2. Модели без поглощения
5.4.3. Модели с поглощением света
5.4.4. Влияние хаотических движений
5.4.5. Модели с неоднородным распределением пыли
5.5. Изгибныс неустойчивости звездного диска
5.5.1. Вертикальная структура звездных дисков
и изгибныс неустойчивости
5.5.2. Численное моделирование изгибных неустойчивостей
5.5.3. Результаты моделирования галактик, наблюдаемых с ребра
5.6. Выводы и обсуждение результатов гл
6 Глава
Динамические модели галактик с баром
6.1. Особенности распределения параметров в БВ-галактиках
6.1.1. Бар и массивное гало
6.1.2. Дисперсии скоростей звезд в области бара
6.1.3. Кинематика звездной компоненты в области бара
6.1.4. Медленное рождение бара

6.2. Примеры моделирования звездных дисков с баром
6.2.1. NGC
6.2.2. NGC 1169 и NGC 2712
6.3. Ограничения на параметры Галактики (Milky Way)
6.3.1. Закон вращения Галактики в околосолнечной окрестности
6.3.2. Кинематика центральной области, концентрированный балдж и бар
6.3.3. Закон распределения вещества в диске
6.3.4. Кинематика старого звездного диска
6.3.5 . Вертикальная шкала звездного диска
6.3.6. Эллипсоид скоростей звезд ( Cr, Cp, Cz)
6.3.7. Некоторые ограничения на параметры Галактики
6.4. Особенности структуры галактик позднего типа
6.4.1. Асимметричные галактики (lopsided-галактики)
6.4.2. Формирование изолированных lopsided-галактик
6.4.3. О смещении бара в галактиках позднего типа
6.5. Динамическая модель Большого Магелланова Облака
6.5.1. Основные данные наблюдений
6.5.2. Результаты динамического моделирования БМО
6.5.3. Обсуждение и выводы
6.6. Сложные несимметричные структуры в центре галактик
6.6.1. Проблема двойных баров
6.6.2. Распределение параметров в области двойного бара
6.6.3. К вопросу об устойчивости двойных баров
6.7. Основные результаты гл
Заключение
Список литературы
Список публикаций по теме диссертации

Гл. 1. Динамика, линейных возмущений 1.4. Неустойчивость коротковолновых акустических волн
Рис. 1.20. Зависимость безразмерной собственной частоты иг/Л для Б- и АЭ-мод от безразмерного волнового числа кк (а = 0.1). Сплошная линия соответствует Э-моде при II = /г/г = 0.5, короткий штрих — Б-моде при Н = 0.05, длинный штрих — АБ-моде при Н = 0.5, штрих-пунктирная линия — А Я-моде при Н = 0.05. Числа на рисунке указывают номера гармоник
ные гармоники также могут быть неустойчивыми. Фазовая скорость возмущений существенно сильнее зависит от величины Н = к/г (см. рис. 1.20а), чем величина инкремента, которая в данной модели нечувствительна к Н (см. рис. 1.20б), что связано с законом вязкости (1.61).
Наконец, отметим, что дисперсионные свойства акустических возмущений практически не зависят от значений параметров С-р и £в в области к к > 0.2, где инкременты максимальны. Это естественно, поскольку условие применимости ВКБ-приближения в радиальном направлении выполняется кг 1, если 0.2 к/г. Расчеты с использованием вертикальной модели, описанной в п. 1.1.4, слабо отличаются от результатов данного пункта, где используются решения (1.21).
В данном параграфе продемонстрирована принципиальная возможность неустойчивости высокочастотных акустических волн в дифференциально вращающемся газовом диске для бегущих возмущений. Они пребывают в системе ограниченное время, и наличие положительного инкремента не означает еще, что возмущения достигнут нелинейной стадии развития. Возмущения распространяются в диске со скоростью дш/дк ~ с8кк/у/1 + к2к2 < с3 и характерное время пребывания усиливающихся волн в диске равно ~ г/к ~ 102 периодов вращения диска. Если принять для оценки 1т(сн) ~ 0.Ш, то для кк > 1 возможен заметный рост амплитуды волны (ехр{0.1 ■г/к}). Неосесимметричные колебания могут играть более важную роль, потому что они находятся в системе дольше чем осесимметричные волны и, следовательно, нелинейная стадия развития может заведомо достигаться.