¿Por qué no hay nubes ISM con temperaturas entre 100 y 6,000K?

En el medio interestelar, hay varias fases difusas diferentes de gas, que se distinguen por su densidad y temperatura. Específicamente, el medio neutro frío tiene temperaturas de ~ 50-100 K y el medio neutro cálido varía de 6,000-10,000 K. Según mi profesor, se han encontrado pocas nubes de gases con temperaturas entre estos dos.

¿Alguien sabe por qué existe una brecha tan grande?

temperature interstellar-medium

— Phiteros
fuente

Relacionado: ¿Qué tan frío es el espacio interestelar? y distribuciones de densidad del medio interestelar .

— pela

Sean , y la densidad numérica del hidrógeno, la temperatura del gas y , donde es la densidad numérica del componente número del medio interestelar. Luego podemos escribir los criterios para el equilibrio térmico como $n$ $T$ $x_i$ $n_i/n$ $n_i$ $i$

n^{2} Λ (n, T, x_{i}) - n Γ (n, T, x_{i}) \equiv n^{2} L = 0

$n^2\Lambda(n,T,x_i)-n\Gamma(n,T,x_i)\equiv n^2\mathcal{L}=0$ donde

y las funciones de calefacción y refrigeración, respectivamente, y

se define a través de esas funciones y

. Si el equilibrio es inestable,

Λ

$\Lambda$

Γ

$\Gamma$

L

$\mathcal{L}$

n

$n$

para la entropía

. Esto conduce a diferentes condiciones de inestabilidad, denominadas inestabilidadesisocróricaseisobáricas(Field (1965),

). Estos pueden determinarse a partir de la temperatura, la presión y la densidad del gas (también suponiendo que el gas puede aproximarse como un gas ideal).

(\frac{\partial L}{\partial S}) < 0

$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial S}\right)<0$

S

$S$

Eq 4 a, 4 b

$\text{Eq } 4a,4b$

En general, y son complicados de determinar, aunque las combinaciones de ley de potencia y factores de descomposición exponencial a menudo pueden ser suficientes. Dalgarno y McCray (1972) , Figura 2, calcularon una curva de ejemplo que parece aparecer mucho como ejemplo : $\Lambda$ $\Gamma$

$\sim10,000\text{ K}$ $\log P/\log n$

En realidad, el modelo de dos fases es una simplificación excesiva, y el ISM tiene componentes más distintos. Sin embargo, las inestabilidades isocróricas / isobáricas todavía limitan el rango en el que las nubes pueden existir en equilibrios estables, y explican la escasez de gas en el rango de temperatura relevante.

Permítanme detallar los términos isobárico e isocrórico . En termodinámica, a veces es conveniente suponer que algunas variables termodinámicas permanecen constantes en una determinada situación. Los procesos isotérmicos ocurren a temperatura constante; asimismo, los procesos isobáricos ocurren a presión constante y los procesos isocróricos ocurren a volumen constante.

\begin{matrix} (Isochoric) & {(\frac{\partial L}{\partial T})}_{ρ} < 0 \end{matrix}

$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}<0\tag{Isochoric}$

\begin{matrix} (Isobárica) & {(\frac{\partial L}{\partial T})}_{pag} = {(\frac{\partial L}{\partial T})}_{ρ} - \frac{ρ_{0 0}}{T_{0 0}} {(\frac{\partial L}{\partial ρ})}_{T} < 0 0 \end{matrix}

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

{(\frac{\partial L}{\partial UNA})}_{si}

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

L

$\mathcal{L}$

A

$A$

B

$B$

— HDE 226868
fuente

Tengo entendido que las nubes no están específicamente en equilibrio. ¿Este cálculo se basa simplemente en el supuesto de que la escala de tiempo es lo suficientemente larga como para que puedan considerarse en equilibrio?

— Phiteros

@Phiteros Sí, es solo un equilibrio aproximado. Las perturbaciones siempre aparecerán, y pueden cambiar la temperatura de la nube, pero no verá cambios a gran escala repentinamente sin influencia externa.

— HDE 226868

Buena pregunta, buena respuesta, ahora he hecho una pregunta de seguimiento .

— uhoh