冷却による凝固

宇宙空間は均一ではなく混沌としています。冷たいガス同士は合体しやすく液化してさらに大きくなるらしい。以下、機械翻訳。
冷却による凝固


2022年 9月 5日
概要
星間、銀河周辺、またはクラスター内媒体などの天体物理ガスは、一般に多相です。
これらのシステムの構造の問題を提起します。断片化につながる多くの既知のプロセスがありますが、
（乱流）高温媒体に埋め込まれた低温ガスのこの作業では、逆のプロセスである凝固に焦点を当てています。これ
冷たいガスの破片が自発的に合体する風洞やせん断層のシミュレーションでよく見られます。使用する
2D および 3D の流体力学的シミュレーションにより、十分に大きく ( cstcool )、摂動した冷たいガス雲が発生することがわかりました。
長時間にわたる低温ガス質量の成長を保証する超安定音波 (r/cs)。この質量
成長は高温ガスを効率的に加速し、それが冷たい液滴を巻き込み、凝固につながります。魅力的な
冷たいガス滴間の逆二乗力は、重力と興味深い類似性を持っています。 「モノポール」は表面積です
質量ではなく。数値的知見を再現する単純な分析モデルを開発します。
キーワード: 銀河: 進化 – 流体力学 – ISM: 雲 – ISM: 構造 – 銀河: ハロー – 銀河: 運動学とダイナミクス


図 1. さまざまな初期条件での脈動する雲の進化。 上のパネルは、によって正規化された低温ガスの体積を示しています
その初期値、および下のパネルは質量成長率を示しています
理論上の期待値で正規化。


図 2. 異なる脈動雲の質量成長率。 ノート
断片化しないシミュレーションを表示すること。
χfinal 6 300 または Tcl/Tfloor < 1.6 の摂動。 さまざまな過密度 χ (色分け) と解像度のシミュレーションを表示します
(マーカー タイプ) および Tcl/Tfloor > 1.1 の最小摂動。
破線は理論上の期待値を示しています。


図 3.初期摂動 Tcl/Tfloor に対する質量増加。
rcl `shatter の場合、˙m は Tcl/Tfloor & の Tcl/Tfloor から独立しています。
1.5。 塗りつぶされた記号で示される最小摂動は次のとおりです。
Tcl/Tフロア = 1.1。 塗りつぶされていない黒丸として、成長しない Tcl/Tfloor = 1 のシミュレーションも示します。


図 4. d0/rcl に位置する液滴の 2D シミュレーションの進化
Tcl から Tfloor に冷却する半径 rcl の雲と合流します。
上部パネル: 時間の関数としての低温ガス質量。 中央パネル: 比率
測定値から予測された低温ガス質量の成長。 ボトムパネル:
時間の関数としての液滴の速度。 の破線
上下のパネルは、解法から生じる曲線を示しています
式。 (4) α = 0.45 で、中央に黒い線でマークされています
パネル。


図 5. に位置する液滴の 2D シミュレーションの進化
d0/rcl = 1.1、初期速度 vd,0 は
Tcl ≈ 2Tfloor から冷却する半径 rcl。 トップパネル：マスグロース
式からの期待値によって正規化されたレート。 (1)。 ボトムパネル:
時間の関数としての液滴の位置。 破線は式に対応します。 (4) 速度に依存する αd ∼ (vd/cs,floor)^1/2


図 7. 半径 15rd の球にランダムに配置されたサイズ rd ～ 500`shutter の Nd = 50 個の液滴を使用した 3D シミュレーションの投影
（白い破線でマークされています）。 液滴は、約 40tsc,cl の時間スケールで凝固します。


5。結論
寒さの冷却による凝固過程を調べた
多相媒体中のガス、これまでに発生した現象
さまざまなシミュレーションで見られます。たとえば、彗星の尾に冷たいガス滴を「集束」させる
熱風の中の冷たい雲。理解を得るために、まずは静的媒体での冷却誘発凝固を調査しました。
調査結果は次のように要約できます。
(i) サイズ > `粉砕 ≡ の摂動された冷たいガスの塊
min(cstcool) は過度に安定した音波を発生させ、連続的な脈動と低温ガスの質量成長を引き起こします。
(ii) このプロセスは、速度のある高温ガスの流れにつながります
vcoag ∼ vmix(rcl/d)^2
ここで、vmix (式 (2) で与えられる) は
冷たいガスの音速を注文します。冷たい水滴が急速に到達する可能性があります
この熱いガス流に巻き込まれます（それ自体の成長と関連する運動量の移動)、最終的には他の冷たいガス構造。
さらに、以下を説明する分析モデルを開発しました。
私たちの数値に適合する塊の成長と凝固プロセス
かなり良い結果が得られます。ただし vcoag ∼ vmix(rcl/d)^2
(i) 乱流ガスの速度は、たとえば、低温ガスの質量分率が高い場合。また、一括で
流れ（風のように）、同調された間の相対速度
ガスの破片が小さくなります。
(ii) 幾何 vcoag ∝ d^−2
調光は、さまざまなジオメトリではるかに弱くなる可能性があります (例:vcoag ∝ d^−1彗星の尾の場合)、または冷たいガスの覆いの場合
分数 fA が高い (vcoag ≈ vmix ≈const)。
私たちの発見は、隣接する低温ガスの冷却による凝固が可能であるという考えを支持しており、
遷音速乱流の凝固または分散が支配的な領域を定義する基準。似ているため、
F∝d^−2
力、私たちは重力に類推します。モノポール
凝固の用語は、質量ではなく表面積です。したがって、
固定質量での面積を増加させるフラグメンテーションも、凝固を増加させます。
磁場、宇宙線、およびより現実的な (乱流で成層化された) 背景を含めることを無視しました。今後の作業でこれらの問題に対処する予定です。