ทำไมไม่มีเมฆ ISM ที่มีอุณหภูมิระหว่าง 100 ถึง 6,000K

ในสื่อระหว่างดวงดาวนั้นมีก๊าซหลายชนิดที่แตกต่างกันไปตามความหนาแน่นและอุณหภูมิ โดยเฉพาะสื่อเย็นที่เป็นกลางมีอุณหภูมิตั้งแต่ ~ 50-100 K และสื่อกลางที่อบอุ่นในช่วง 6,000-10,000 K ตามที่อาจารย์ของฉันมีเมฆก๊าซน้อยที่พบกับอุณหภูมิระหว่างสองคนนี้

ไม่มีใครรู้ว่าทำไมช่องว่างขนาดใหญ่ถึงมีอยู่จริง?

ให้ , , และเป็นจำนวนความหนาแน่นของไฮโดรเจน, อุณหภูมิของก๊าซและโดยที่คือความหนาแน่นเลขขององค์ประกอบ th ของสื่อระหว่างดวงดาว จากนั้นเราสามารถเขียนเกณฑ์สำหรับดุลยภาพทางความร้อนเมื่อ โดยที่และและเครื่องทำความร้อนและระบายความร้อนฟังก์ชั่นตามลำดับและถูกกำหนดผ่านฟังก์ชั่นเหล่านั้นและnถ้าสมดุลไม่เสถียร สำหรับเอนโทรปี$n$$T$$x_i$$n_i/n$$n_i$$i$

$$n^2\Lambda(n,T,x_i)-n\Gamma(n,T,x_i)\equiv n^2\mathcal{L}=0$$ $\Lambda$$\Gamma$$\mathcal{L}$$n$ $$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial S}\right)<0$$ $S$ . สิ่งนี้นำไปสู่เงื่อนไขความไม่แน่นอนที่แตกต่างกันเรียกว่าisochoricและisobaric instabilities ( Field (1965) , ) สิ่งเหล่านี้สามารถหาได้จากอุณหภูมิความดันและความหนาแน่นของก๊าซ (เช่นสมมติว่าก๊าซสามารถประมาณเป็นก๊าซอุดมคติได้)$\text{Eq } 4a,4b$

โดยทั่วไปและมีความซับซ้อนในการตรวจสอบแม้ว่าการรวมกันของกฎหมายพลังงานและปัจจัยเน่าเปื่อยอาจจะเพียงพอ เส้นโค้งตัวอย่างที่ดูเหมือนจะปรากฏขึ้นเป็นจำนวนมากตามตัวอย่างที่คำนวณโดยDalgarno & McCray (1972) , รูปที่ 2:$\Lambda$$\Gamma$

การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นตั้งแต่นั้นมา แต่รูปร่างทั่วไปยังคงใช้งานได้ สื่อกลางที่อบอุ่นตั้งอยู่ในพื้นที่ใกล้กับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วที่และสื่อกลางที่เย็นใช้พื้นที่ด้านซ้ายของแผนภาพ อีกวิธีในการเห็นภาพนี้อยู่ใน diagram เช่นนี้ (จากสไลด์เหล่านี้ซึ่งมีคำอธิบายประกอบจากWolfire et al. (1995) ):$\sim10,000\text{ K}$$\log P/\log n$

ในความเป็นจริงแบบจำลองสองเฟสคือการทำให้ใหญ่เกินไปและ ISM มีองค์ประกอบที่แตกต่างกันมากขึ้น อย่างไรก็ตามความไม่เสถียรของ isochoric / isobaric ยังคง จำกัด ช่วงที่เมฆสามารถดำรงอยู่ในสมดุลคงที่และอธิบายการขาดแคลนของก๊าซในช่วงอุณหภูมิที่เกี่ยวข้อง

---

ผมขออธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับข้อกำหนดที่isobaricและisochoric ในอุณหพลศาสตร์บางครั้งก็สะดวกที่จะสมมติว่าตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์บางอย่างยังคงที่ในบางสถานการณ์ isothermalกระบวนการเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่; ในทำนองเดียวกันisobaricกระบวนการเกิดขึ้นที่ความดันคงที่และisochoricกระบวนการเกิดขึ้นในปริมาณคงที่

สมการทั้งสองนั้นคือ

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

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