Gaz ve yıldız sistemleri arasındaki analojiler hakkında

9

İdeal gaz ve yıldız sistemleri arasındaki analojiler sadece bir dereceye kadar sezgisel olarak geçerli olmakla kalmaz, aynı zamanda yıldız kümeleri ve galaktik sistemlerin çalışmalarında, çoğunlukla çarpışmasız Boltzmann denklemlerine basitleştirme olarak kurulmuş ve kullanılmıştır.

Analojinin arkasındaki fikir, eğer bir yıldız sistemi bir dizi nokta kütlesi olarak temsil edilebilirse ve nokta kütle sayısı büyükse, o zaman bunları kinetik gaz teorisi bakış açısından düşünebiliriz. Burada hatırlanması gereken bir şey, yıldız gaz sisteminin ne rahatladığı, ne de rahatlayabileceğidir.

Burada merak ediyorum: Tarif edilen benzetme ne kadar ileri itilebilir?

Örneğin, şoklara, türbülans veya viskozite gibi yıldız sistemlerini hayal etmek için büyüleyici olacak bir dizi gaza özgü fenomen vardır (veya isterseniz plazma hakkında konuşabiliriz). Yıldız sistemlerinde böyle veya başka bir karakteristik olay mevcut olabilir mi ve böyle bir davranış sergileyen gerçek sistemler var mı? (adı geçenlerden viskozite analogu vardır ve oldukça yaygındır)

stellar-dynamics plasma-physics n-body-simulations

— Alexey Bobrick
kaynak

Herhalde çok büyük (örneğin galaksi boyutunda) sistemlerde belirgin olmalarına rağmen, neden olmasın, ve gerçekte bu tür sistemlerde gerçek gazın varlığı ile maskelenmiş olabilirler . Yine de, ayrık kafes gazları gibi çok basit etkileşimli parçacık sistemleri bile büyük ölçeklerde türbülans gösterebilir, o zaman neden yerçekimi n-gövde sistemleri de olmasın?

— Ilmari Karonen

@IlmariKaronen: Ben de öyle düşünürdüm. Aslında bazı yıldız kümeleri zaten yeterince büyük sahip olarak düşünülebilir . Şüphelerim birkaç yönden ortaya çıkıyor: 1) Yerçekimi sistemleri tamamen termalleşemez, 2) Etkileşim potansiyeli, makroskopik olarak nötr plazma için olduğu gibi değildir, 3) Faz boşluğunun bir sınırı yoktur, bu yüzden nesneler buharlaşmak. Bütün bunlar onu daha az belirgin hale getiriyor, çünkü benzetme orada, ancak tam değil.

N

$N$

— Alexey Bobrick

1

Yararlı bir bağlantı örneği olarak, ince bir diskin radyal dalgalara göre yerçekimsel olarak dengesiz hale geldiği yoğunluk eşiğini tanımlayan Toomre sayısı, sadece yıldız disk ile gaz halindeki disk arasında 3.31 / 3.14 faktörü ile farklılık gösterir.

— chris

2

Analoji oldukça zayıftır ve gerçekten yararlı değildir.

Galaksiler gibi çarpışmasız yıldız sistemleri (yıldız karşılaşmalarıyla gevşemenin yaşamları üzerinde kayda değer bir etkisi olmayanlar), çarpışmasız Boltzman denklemi ile tanımlanabilir, ancak asla termodinamik dengeye yerleşmez (sadece bazı dinamik veya virial dengeye) ). Böylece, benzer davranışa sahip diğer sistemler çarpışmasız plazmalardır.

Ses, türbülans, viskozite vb. Moleküller arasındaki yakın mesafeli çarpışmalardan (sadece karşılaşmalar değil) etkilenir. Bunlar ayrıca termodinamik dengeyi ve Maxwell-Boltzmann hız dağılımını korur. Yıldız sistemleri bu işlemlerin hiçbirine sahip değildir ve hızları genel olarak anizotropik olarak dağılmıştır ve Maxwell dağılımını takip etmemektedir.

Gazlar bir anlamda anlaşılması daha kolaydır, çünkü dinamikleri yerel süreçler tarafından yönlendirilir ve istatistiksel yöntemler çok faydalıdır. Yıldız sistemleri yerçekimi tarafından yönlendirilir, yani uzun menzilli lokal olmayan süreçler ve gaz fiziğinden sezgi genellikle çok yanıltıcıdır (örneğin, kendi kendine çekim sistemi negatif ısı kapasitesine sahiptir - bu aynı zamanda gaz küreleri için de geçerlidir. yıldız olarak).

Ayrıca, bir gazdaki parçacık sayısının bir galaksideki yıldız sayısından ( ) çok daha fazla ( ) , ancak karanlık madde parçacıklarının sayısı çok fazla olabilir. daha yüksek. $\sim10^{26}$ $\sim10^{11}$

— Walter
kaynak

1

Bir yoktur Jes Madsen tarafından ilginç kağıt izotermal küre olarak küresel kümeleri modelleme bazı başarılar var.

— EHN
kaynak

1

Evet, doğru, aslında izotermal gaz yaklaşımı, kümelenmeleri modellemek için oldukça yaygın olarak kullanılmıştır. Ve küresel simetri varsayarak, altı boyutlu dağıtım fonksiyonunu 3d'ye, hatta sonunda 1d'ye basitleştirmenin makul bir yoludur. Ancak biraz daha temel bir soru hakkında merak ediyorum. Yani, N-vücut yerçekimi sistemleri ile gaz arasındaki analoji ne kadar geçerli. N-gövde sistemleri şok ve türbülans sergileyebilir mi, göstermeyebilir mi? Veya böyle bir benzetmenin sınırları nelerdir? İzotermal modellere gelince, bunların var olduğundan ve pratik araştırmalarda kullanıldığından şüphe yoktur.

— Alexey Bobrick