ในการเปรียบเทียบระหว่างก๊าซและระบบดาวฤกษ์

9

ความคล้ายคลึงกันระหว่าง (โดยทั่วไป) แก๊สอุดมคติและระบบดาวฤกษ์ไม่เพียง แต่มีความสมเหตุสมผล แต่ยังได้รับการพิสูจน์และนำมาใช้ในการศึกษากลุ่มดาวฤกษ์และระบบกาแลคซี

แนวคิดเบื้องหลังการเปรียบเทียบคือถ้าระบบดาวฤกษ์สามารถแสดงเป็นมวลของจุดมวลชนและหากจำนวนจุดมวลมีขนาดใหญ่เราก็สามารถพิจารณาจากมุมมองของทฤษฎีจลน์ของก๊าซ อย่างไรก็ตามสิ่งหนึ่งที่ต้องจำที่นี่คือระบบก๊าซของดาวฤกษ์นั้นไม่ผ่อนคลายและไม่สามารถผ่อนคลายได้

ฉันอยากรู้อยากเห็นที่นี่: การเปรียบเทียบที่อธิบายจะถูกผลักไปไกลแค่ไหน?

ตัวอย่างเช่นมีปรากฏการณ์เฉพาะก๊าซหลายชนิด (หรือเราอาจพูดถึงพลาสมาถ้าคุณต้องการ) ซึ่งน่าสนใจที่จะจินตนาการถึงระบบดาวฤกษ์เช่นแรงกระแทกความปั่นป่วนหรือความหนืด ปรากฏการณ์ลักษณะลักษณะอื่น ๆ สามารถมีอยู่ในระบบดาวฤกษ์ได้หรือไม่และมีระบบจริงที่แสดงพฤติกรรมดังกล่าวหรือไม่? (จากตัวที่มีชื่ออะนาล็อกความหนืดที่มีอยู่และค่อนข้างธรรมดา)

stellar-dynamics plasma-physics n-body-simulations

— Alexey Bobrick
แหล่งที่มา

ฉันไม่เห็นว่าทำไมถึงไม่แม้ว่าพวกเขาจะเห็นได้ชัดในระบบที่มีขนาดใหญ่มาก (พูดขนาดกาแลคซี) และในความเป็นจริงพวกเขาอาจถูกปกปิดโดยการปรากฏตัวของก๊าซจริงในระบบดังกล่าว แต่ถึงกระนั้นแม้แต่ระบบอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างง่ายเช่นก๊าซที่ไม่ต่อเนื่องก็สามารถแสดงความปั่นป่วนในเครื่องชั่งขนาดใหญ่ดังนั้นทำไมระบบ n-body แรงโน้มถ่วงก็ไม่เหมือนกัน?

— Ilmari Karonen

@IlmariKaronen: ฉันก็คิดเช่นกัน ในความเป็นจริงบางกลุ่มอาจเป็นตัวเอกแล้วได้รับการพิจารณาว่ามีขนาดใหญ่พอที่Nความสงสัยของฉันเกิดขึ้นจากหลายทิศทาง: 1) ระบบแรงโน้มถ่วงไม่สามารถปรับอุณหภูมิให้สมบูรณ์ได้ 2) ศักยภาพในการปฏิสัมพันธ์ไม่เหมือนกันกับพลาสมาที่เป็นกลาง macroscopically 3) พื้นที่เฟสไม่มีขอบเขตดังนั้นวัตถุที่ต้องการ ระเหย. ทั้งหมดนี้ทำให้เห็นได้ชัดน้อยลงเล็กน้อยสำหรับการเปรียบเทียบมี แต่ก็ไม่สมบูรณ์

N

$N$

— Alexey Bobrick

1

เป็นตัวอย่างของการเชื่อมต่อที่มีประโยชน์หมายเลข Toomre ที่เรียกว่าซึ่งกำหนดเกณฑ์ความหนาแน่นที่ดิสก์บางกลายเป็น gravitationally ไม่เสถียรด้วยความเคารพต่อคลื่นเรเดียลแตกต่างกันเพียงปัจจัย 3.31 / 3.14 ระหว่างดิสก์ดาวฤกษ์และก๊าซหนึ่ง

— chris

2

การเปรียบเทียบค่อนข้างอ่อนแอและไม่มีประโยชน์จริงๆ

ระบบที่เรียกว่า collisionless stellar (ซึ่งการผ่อนคลายโดยการเผชิญหน้าของดาวฤกษ์นั้นไม่มีผลกระทบต่อชีวิตของพวกเขา) เช่นกาแลคซีสามารถอธิบายได้โดยสมการของ boltzman collisionless แต่ไม่เคยเข้าสู่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์เท่านั้น ) ดังนั้นระบบอื่นที่มีพฤติกรรมคล้ายกันคือ plasmas

เสียงความปั่นป่วนความหนืด ฯลฯ ล้วนได้รับผลกระทบจากการชนระยะประชิด (ไม่ใช่การเผชิญหน้าเท่านั้น) ระหว่างโมเลกุล สิ่งเหล่านี้ยังรักษาดุลยภาพทางอุณหพลศาสตร์และการกระจายความเร็ว Maxwell-Boltzmann ระบบดาวฤกษ์ไม่มีกระบวนการเหล่านี้และความเร็วของพวกมันจะกระจายโดยทั่วไปและไม่เป็นไปตามการกระจายแมกซ์เวล

ก๊าซมีความเข้าใจได้ง่ายกว่าบางอย่างเนื่องจากพลศาสตร์ของพวกมันถูกขับเคลื่อนโดยกระบวนการท้องถิ่นและเนื่องจากวิธีการทางสถิตินั้นมีประโยชน์มาก ระบบดาวฤกษ์ถูกขับเคลื่อนด้วยแรงโน้มถ่วงเช่นกระบวนการที่ไม่ใช่ในท้องถิ่นในระยะยาวและการหยั่งรู้จากฟิสิกส์ของก๊าซมักทำให้เข้าใจผิดมาก (ตัวอย่างเช่นระบบโน้มถ่วงของตัวเองมีความจุความร้อนติดลบ - นอกจากนี้ยังใช้กับก๊าซทรงกลมเช่น เป็นดาว)

โปรดทราบว่าจำนวนของอนุภาคในก๊าซมีขนาดใหญ่กว่ามาก ( ) มากกว่าจำนวนดาวในกาแลคซี ( ) ถึงแม้ว่าจำนวนของสสารมืดอาจจะมาก สูงกว่า $\sim10^{26}$ $\sim10^{11}$

— วอลเตอร์
แหล่งที่มา

1

มีกระดาษที่น่าสนใจโดย Jes Madsenซึ่งมีแบบจำลองความสำเร็จบางอย่างเป็นกระจุกทรงกลมเป็นทรงกลมความร้อน

— EHN
แหล่งที่มา

1

ใช่จริงในความเป็นจริงการประมาณค่าก๊าซความร้อนได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการสร้างแบบจำลองกลุ่ม และมันก็เป็นวิธีที่สมเหตุสมผลในการทำให้ฟังก์ชั่นการกระจายหกมิติเป็น 3 มิติได้ง่ายขึ้นหรือในที่สุดก็เป็น 1d โดยสมมติว่าสมมาตรทรงกลม อย่างไรก็ตามฉันสงสัยเกี่ยวกับคำถามพื้นฐานอีกเล็กน้อย นั่นคือวิธีที่ถูกต้องคือการเปรียบเทียบระหว่างระบบความโน้มถ่วงของร่างกาย N และก๊าซ ระบบ N-body สามารถมีแรงกระแทกและความปั่นป่วนหรือไม่? หรืออะไรคือข้อ จำกัด ของการเปรียบเทียบเช่นนี้? สำหรับโมเดลความร้อนใต้พิภพไม่ต้องสงสัยเลยว่ามันมีอยู่และถูกนำมาใช้ในการวิจัยเชิงปฏิบัติ

— Alexey Bobrick