Джинсовская неустойчивость астрофизической самогравитирующей среды при наличии высокого радиационного давления и диффузионного переноса излучения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках проблемы моделирования эволюции протозвездного диска обсуждается влияние излучения на джинсовскую гравитационную неустойчивость для самогравитирующей оптически толстой (для собственного инфракрасного излучения) газопылевой среды, с учетом влияния на критическую длину волны возмущения радиационного давления и диффузионного лучистого переноса. Рассмотрены два приближения радиационной диффузии: случай идеального теплового равновесия, когда температуры вещества и излучения одинаковы; случай зависимости поля излучения от времени, когда имеет место энергетическое разделение между излучением и веществом. При использовании анализа нормального режима мод выведены дисперсионные соотношения, позволяющие получить модификации классического критерия неустойчивости Джинса под влиянием радиационного давления и диффузии излучения. В частности, показано, что в отличие от локального термодинамического равновесия системы, когда акустическая скорость возмущенного газа распространяется с изотермической скоростью звука, в случае различия температур излучения и газа возмущающая волна распространяется с адиабатической скоростью звука в газе. Полученные результаты направлены на решение проблемы гравитационной неустойчивости отдельных массивных протозвездных дисков или самогравитирующих радиационных сред, характеризующихся большими оптическими глубинами для собственного инфракрасного излучения, трансформированного пылью.

Об авторах

А. В. Колесниченко

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kolesn@keldysh.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Бисикало Д.В., Жилкин А.Г., Боярчук А.А. Газодинамика тесных двойных звезд. М.: Физматлит, 2013. 632 с.
  2. Бисикало Д.В., Шематович В.И., Кайгородов П.В., Жилкин А.Г. Газовые оболочки экзопланет – горячих юпитеров // Успехи физ. наук. 2021. Т. 191. № 8. С. 785–845.
  3. Колесниченко А.В. Вывод в рамках неэкстенсивной кинетики критерия гравитационной неустойчивости Джинса для допланетного вращающегося облака с учетом радиации и магнитного поля // Mathematica Montisnigri. 2020. V. XLVII. P. 176–200.
  4. Колесниченко А.В. Роль черного излучения в модификации критериев неустойчивости Джинса для экзопланетного пылевого плазменного диска при учете магнитной вязкости и лучевого теплообмена // Препр. ИПМ им. М.В. Келдыша. 2022. № 3. 40 с.
  5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая механика. М.: Наука, 1976. 588 с.
  6. Маров М.Я., Шевченко И.И. Экзопланеты. Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2017. 140 с.
  7. Тассуль Ж.-Л. Теория вращающихся звезд. М.: Мир, 1982. 472 с.
  8. Франк-Каменецкий Д.А. Физические процессы внутри звезд. М.: Физматгиз, 1959. с. 543.
  9. Фридман А.М., Хоперсков А.В. Физика галактических дисков. М.: Физматлит, 2011. 640 с.
  10. Хоперсков А.В., Храпов С.С. Неустойчивость тепловой, вязкой и акустических мод в тонких аккреционных дисках // Астрон. журн. 1999. Т. 76. № 4. С. 256–269.
  11. Agol E., Krolik J. Photon damping of waves in accretion disks // Astrophys. J. 1998. V. 507. № 1. P. 304–315.
  12. Aggrawal M., Talwar S.P. Magnetothermal instability in a rotating gravitating fluid // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 1969. V. 146. P. 235–242.
  13. Argal S., Tiwari A., Sharma P.K. Jeans instability of a rotating self-gravitating viscoelastic fluid // Europhys. Lett. 2014. V. 108. id. 35003.
  14. Bhatia P.K. Gravitational instability of a rotating anisotropic plasma // Physics of Fluids. 1967. V. 10. № 8. P. 1652–1653.
  15. Blaes O., Socrates A. Local dynamical instabilities in magnetized, radiation pressure supported accretion disks // Astrophys. J. 2001. V. 553. № 2. P. 987–998.
  16. Blaes O., Socrates A. Local radiative hydrodynamic and magnetohydrodynamic instabilities in optically thick media // Astrophys. J. 2003. V. 596. № 1. P. 509–537.
  17. Bora M.P., Nayyar N.K. Gravitational instability of a heat-conducting plasma // Astrophys. and Space Sci. 1991. V. 179. P. 313–320.
  18. Borah A.C., Sen A.K. Gravitational instability of partially ionized molecular clouds // J. Plasma Physics. 2007. V. 73. № 6. P. 831–838.
  19. Buchler J.R. Radiation hydrodynamics in the fluid frame // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1979. V. 22. P. 293–300.
  20. Chandrasekhar S. Hydrodynamics and Hydromagnetic Stability. Oxford: Clarendon Press, 1961. 588 p.
  21. Chang P., Quataert E., Murray N. From thin to thick: The impact of X-ray irradiation on accretion disks in active galactic nuclei // Astrophys. J. 2007. V. 662. № 1. P. 94–101.
  22. Chhajlani R.K., Vaghela D.S. Gravitational stability of finitely conducting two-component plasma through porous medium // Astrophys. and Space Sci. 1987. V. 139. P. 337–352.
  23. Cox J.P. Theory of Stellar Pulsation. Princeton, New Jersey: Princeton Univ. Press, 1979. 378.
  24. Cox J.P., Giuli R.T. Principles of Stellar Structure. New York: Gordon and Dreach, 1968. 568 p.
  25. Dhiman J.S., Dadwal R. The gravitational instability of a non-uniformly rotating heat conducting medium in the presence of non-uniform magnetic field // Astrophys. and Space Sci. 2011. V. 332. № 2. P. 373–378.
  26. Dhiman J.S., Dadwal R. On the Jeans criterion of a stratified heat conducting gaseous medium in the presence of non-uniform rotation and magnetic field // J. Astrophys. and Astron. 2012. V. 33. P. 363–373.
  27. Dodelson S. Modern Cosmology. Amsterdam (Netherlands): Acad. Press, 2003. 440 p.
  28. Fridman A.M., Polyachenko V.L. Physics of Gravitating System. N.Y.: Springer-Verlag. 1984. V. 1. 468 p.; V. 2. 358 p.
  29. Jacobs G., Shukla P.K. Stability of molecular clouds in partially ionized self-gravitating space plasmas // J. Plasma Physics. 2005. V. 71. № 4. P. 487–493.
  30. Jeans J.H. The stability of spherical nebulae // Philosoph. Transact. Roy. Soc. 1902. V. 199. P. 1–53.
  31. Joshi H., Pensia R.K. Effect of rotation on Jeans instability of magnetized radiative quantum plasma // Physics of Plasmas. 2017. V. 24. № 3. id. 032113.
  32. Hsieh S.-H., Spiegel E.A. The equations of photohydrodynamis // Astrophys. J. 1976. V. 207. P. 244–252.
  33. Hu W., Sugiyama N. Small-scale cosmological perturbations: An analytic approach // Astrophys. J. 1996. V. 471. P. 542–570.
  34. Kaneko N., Tamazawa S., Ono Y. Linear waves in a radiating and scattering grey medium // Astrophys. and Space Sci. 1976. V. 42. № 2. P. 441–461.
  35. Kaneko N., Morita K., Satoh T., Hayasaki K. Small-amplitude disturbances in a radiating and scattering grey medium II. Solutions of given real wave number k // Astrophys. and Space Sci. 2005. V. 299. P. 263–306.
  36. Kaneko N., Morita K. Small-amplitude disturbances in a radiating and scattering grey medium III. Gravitational effects on the solutions of given real wave number k // Astrophys. and Space Sci. 2006. V. 305. P. 349–376.
  37. Kaothekar S., Chhajlani R.K. Effect of radiative heat-loss function and finite Larmor radius corrections on Jeans instability of viscous thermally conducting self-gravitating astrophysical plasma // ISRN Astron. and Astrophys. 2012. V. 2012. id. 420938 (14 p.).
  38. Kolesnichenko A.V. Jeans instability of a protoplanetary gas cloud with radiation in nonextensive Tsallis kinetics // Sol. Syst. Res. 2020. V. 54. №. 2. P. 137–149.
  39. Kolesnichenko A.V. Jeans instability of a protoplanetary circular disk taking into account the magnetic field and radiation in nonextensive Tsallis kinetics // Sol. Syst. Res. 2021. V. 55. № 2. P. 132–149.
  40. Kumar A., Sutar D.L., Pensia R.K., Sharma S. Effect of fine dust particles and finite electron inertia of rotating magnetized plasma // AIP Conf. Proc. 2018. V. 1953. № 1. id. 060036 (4 p.).
  41. Kumar A., Sutar D.L., Pensia RK. Jeans instability of a monatomic gas in the presence of thermal radiation // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 836. id. 012012 (3p.).
  42. Mihalas D., Mihalas B.W. On the propagation of acoustic waves in a radiative fluid // Astrophys. J. 1984. V. 283. P. 469.
  43. Pensia R.K., Sutar D.L., Sharma S. Analysis of Jeans instability of optically thick quantum plasma under the effect of modified Ohms law // AIP Conf. Proc. 2018. V. 1953. № 1. id. 060044 (4 p.).
  44. Pier E.A., Krolik J.H. Radiation-pressure-supported obscuring tori around active galactic nuclei // Astrophys. J. 1992. V. 399. № 1. P. L23–L26.
  45. Peebles P.J.E., Yu J.T. Primeval adiabatic perturbation in an expanding universe // Astrophys. J. 1970. V. 162. P. 815–836.
  46. Prajapati R.P., Chhajlani R.K. Gravitational Instability of Dusty Plasma with Radiative Process // AIP Conf. Proc. 2011. V. 1397. P. 267–268.
  47. Prajapati R.P., Sharma P.K., Sanghvi R.K., Chhajlani R.K. Jeans instability of self-gravitating magnetized strongly coupled plasma // J. Phys.: Conf. Ser. 2012. V. 365. id. 012040 (4 p.).
  48. Prajapati R.P., Bhakta S. Influence of dust charge fluctuation and polarization force on radiative condensation instability of magnetized gravitating dusty plasma // Phys. Lett. A. 2015. V. 379. № 42. P. 2723–2729.
  49. Silk J. Fluctuations in the primordial fireball // Nature. 1967. V. 215. № 5106. P. 1155–1156.
  50. Silk J. Cosmic black-body radiation and galaxy formation // Astrophys. J. 1968. V. 151. P. 459–471.
  51. Shaikh S., Khan A., Bhatia P.K. Jeans’ gravitational instability of a thermally conducting plasma. // Phys. Lett. A. 2008. V. 372. № 9. P. 1451–1457.
  52. Sharma R.C. Gravitational instability of a rotating plasma // Astrophys. and Space Sci. 1974. V. 29. P. L1–L4.
  53. Sharma R.C., Patidar A. Effect of ion radiative cooling on Jeans instability of partially ionized dusty plasma with dust charge fluctuation // Physics of Plasmas. 2017. V. 24. id. 013705 (13 p.).
  54. Sharma R.C., Singh B. Gravitational instability of a rotating and partially-ionized plasma in the presence of variable magnetic field // Astrophys. and Space Sci. 1988. V. 143. P. 233–239.
  55. Thompson T.A., Quataert E., Murray N. Radiation pressure-supported starburst disks and active galactic nucleus fueling // Astrophys. J. 2005. V. 630. № 1. P. 167–185.
  56. Tsintsadze N.L., Chaudhary R., Shah H.A., Murtaza G. Jeans instability in a magneto-radiative dusty plasma // J. Plasma Physics. 2008. V. 74. № 6. P. 847–853.
  57. Vaghela D.S., Shrivastava H.S.P. Magnetogravitational instability of a rotating homogeneous gas cloud with radiation // Czechoslovak J. Physics. 1994. V. 44. № 10. P. 905–911.
  58. Vranješ J. Gravitational instability of a quasi-homogeneous plasma cloud with radiation // Astrophys. and Space Sci. 1990. V. 173. № 2. P. 293–298.
  59. Vranješ J., Čadež V. Gravitational instability of a homogeneous gas cloud with radiation // Astrophys. and Space Sci. 1990. V. 164. № 2. P. 329–331.
  60. Weinberg S. Entropy generation and the survival of protogalaxies in an expanding universe // Astrophys. J. 1971. V. 168. P. 175–194.

© А.В. Колесниченко, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах