Крупномасштабные неравновесные процессы в межзвездной среде тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

10 ч з ?

санкт-петербургсний государственный университет

На правах рукописи

ЩЕКИНОВ Юрий Андреевич

КРУПНОМАСШТАБНЫЕ НЕРАВНОВЕСНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МЕЖЗВЕЗДНОЙ СРЕДЕ

Специальность 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Саннт-Петербург 1992

Работа выполнена в Ростовском государственном университ<

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук,профессор В. Г. Горбацки

Доктор физико-математических наук,профессор Д. А. Варшалс

Доктор физико-математических наук И. А. Колесни

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Государственный Астрономический институт им. П. К. Штернбе

Защита диссертации состоится "_ Л-^ССл^ ч с^д

4 С 10

в 1 р чяти / минут на заседании специализированного сов Д 063. 57.' 39 по защите диссертаций на соискание ученой стег доктора физико-математических наук при Санкт-Петербурге государственном университете по адресу: 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб. д. № ' геологический факультет, ауд. 88.

С диссертацией . можно ознакомиться в библио' Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан

7

Учёный секретарь специализированного совета доктор физико-математических наук И. В . Йетров

:. • , -.¡J ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ •

Межзвездная среда (МЗС) представляет собой яркий пример термодинамически неравновесной системы. Она вклшает в себя многофазную газовую составляющую, заполненную неравновесным электромагнитным излучением и космическими лучами и возбуждаемую ударными волнами от вспышек сверхновых, звездного ветра, зон ни, аккреции межгалактического газа и т.д. Многие свойства межзвездной среды определяются особенностями взаимодействия ее компонент ДРУГ с другом и энергетикой возмущающих ее ударных волн. Диссертация посвящена .исследованию тех процессов в МЗС, которыз опре-, делят ее глобальные характеристики .такие как энергетика и фазовый состав, "особенности звездообразования, обмен энергией и массой между, диском и гало.

Актуальность проблемы. За последние двадцать лет совокупность данных, составляющих основу эмпирического описания межзвездной среды, была пополнена несколькими фундаментальными открытиями, принципиальным образом изменившими наши представления о ее структуре и динамике. Сюда относятся: а) обнаружение в большом количестве многозарядных ИОНОВ (OVI, HV, CIV, SilV и др.; В МЗС [1,2]; б) обнаружение мнэгозарядных ионов (civ, siiv и nv> в газе галактического гало на больших расстояниях 3 ктс; от плоскости Галактики [3]; в) установление того факта, что звездообразование в галактиках может носить характер глобальных вспышек [4,5]; г) обнаружение следов стимулированного звездообразования в звездных ассоциациях [6-8].

Первые же работы, предпринятые для объяснения наблюдаемого распределения многозарядных ионов продемонстрировали необходимость детальных исследований крупномасштабных эффектов в межзвездной среде, ее глобальной энергетики и массообмена между различными фазами, определяющими статус МЗС в Галактике [9-ю]. Наиболее отчетливо это проявилось при попытках интерпретации распределения газа в галактическом гало [11-12], феномена глобальных вспышек звездообразования [13] и пространственно-временной организации в звездных ассоциациях и звездных комплексах [14].

Согласно современной точке зрения происхождение нногозарядных

ионов в диске, и в гало Галактики связано с нагревом газа и выбросом его на большие расстояния от плоскости Галактики вспышками сверхновых [И]. С другой-стороны» бесспорной в настоящее время является идея о возможности усиления звездообразования под влияние стимулирующего действия молодых активных звезд на газ [12,13]. С этой точки зрения приведенная совокупность фактов 'содержит в себе информацию не только о характере пассивного отклика газа на воздействие со стороны молодых массивных звезд и об эффективности превращения газа в звезды; но и об особенностях обратных связей, регулирующих динамику системы "газ - молода звезды".

Очевидна необходимость построения теоретической модели-межзвездной среды, адекватной всей совокупности наблюдательных данных, описывающих ее глобальные свойства. Следующие вопросы имеет первостепенное значение для понимания крупномасштабной динамики МЗС:

-тепловая и ионизационная структура течений за фронтами ударных волн;

-транспорт массы из газового диска в гало Галактики;

-характер обратных связей в системе, включаюшрй в себя межзвездный газ и молодые звезды, и обеспечивающие их действие механизмы.

Изучению этих вопросов посвяшрна диссертация.

Целью диссертации является исследование неравновесных процессов в межзвездном газе, которые проявляется на- больших масштабах и определяет его глобальный энерго- и массообкен. Конкретно были поставлены следующие задачи:

1. Исследование неравновесных тепловых и химических процессов в догалактическом газе и, в частности, в крупномасштабных космологических ударных волнах.

2. Исследование характера звездообразования на ранних стадиях эволюции Галактики.

3. Классификация режимов индуцированного звездообразования. Построение теории когерентных вспышек звездообразования, стимулированных нагревающим излучением. .

4. Численное исследование ионизационного баланса в неравновесной межзвездной среде. Исследование статистических свойств горячей фазы межзвездной среда.

5. Построение теории энерго- и массообмена между газом диска и гало Галактики.

Научная новизна. В диссертации впервые исследованы эффекты неизотерничности течения газа за фронтами крупномасштабных космологических ударных волн, влияние неизотерничности на эмиссионные характеристики сжатого ударными волнами газа. Впервые исследовано влияние ветровой и взрывной активности массивных звезд на характер звездообразования в ранней Галактике. Предложен механизм обратной связи в звездообразухщх системах, обеспечивавдий - дальнодействующий характер индуцированного звездообразования; построена численная модель глобальной вспышки звездообразования. Создан комплекс программ, позволяющих рассчитывать ионизационный состав вещества, подверженного действию нагревающих и ионизующих факторов, в том числе рентгеновского излучения, как в стационарных, так и в нестационарных условиях. Построена многотемпературная модель межзвездного газа. ' Исследована эффективность механизма галактического фонтана. Предложен механизм переноса массы из диска в гало, основанный на ускорении межзвездных облаков хаотическими ударными.волнами от сверхновых I типа. В рамках сосредоточенной модели исследовано действие обратных связей в системе' "газовый диск - газовое гало".

Научная и практическая ценность. Научная ценность диссертации определяется решением следующих теоретических ' задач: исследованием неравновесных состояний газа за фронтами крупномасштабных ударных волн, предшествующ« или сопутствующих образованию галактик; исследованием механизмов, обеспечивающих когерентный режим звездообразования на ранних стадиях эволюции Галактики; разработкой теории, описывающей глобальныз вспышки звездообразования, возбуждаемые фоновым ультрафиолетовым излучением; разработкой теории переноса газа из дисковой составляющей Галактики в гало хаотическими ударными волнами, генерируемыми ансамблем сверхновых; исследованием обратных связей между газом диска и гало Галактики.

Практическая ценность определяется совокупностью результатов и представлений, рас ширящих понимание природы процессов, имеющих

место в межзвездной . среде, а также следующих отсвда наблюдательных тестов: ,

результаты исследования свойств неизотермичной плазмы за фронтами крупномасштабных ударных волн в предгалактическом газе могут быть использованы при интерпретации наблюдаемых характеристик галактик с аномально низким- содержанием тяжелых элементов и протогалактических объектов; предложенные механизмы синхронизации звездообразования в больших масштабах позволяют делать количественные выводы о различных стадиях эволюции галактик со следами глобальных вспышек; результаты численного моделирования ионизационных свойств МЗС дают основу для статистической обработки наблюдаемых свойств межзвездного поглощения в линиях многозарядных ионов.

Полученные результаты используются в теоретических исследованиях по физике звездообразования, физике газового гало и тепловым свойствам предгалактического газа в ГАИШ МГУ, ГАО АН Украины, ИТФ АН Украины. Волгоградском университете. ИАФА АН Эстонии, CAO Российской АН, Институте астрономии АН Чехословакии. Разработайте в. диссертации вычислительные методы используются при расчетах теплового и ионизационного состояния ионосферы и верхних слоев атмосферы Земли. '

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Не'изотермичность плазмы за фронтами крупномасштабных ударных волн в догалактическои газе обеспечивает его высокую светимость в линии Ly« - энерговвделение составляет около 1014эрг<т.

2. В адиабатическом сценарии происхождения галактик плазма за фронтом ударной волны неизотермична, если ее скорость меньше некоторого критического значения, .500 км/с. Во Езрывном сценарии - после выхода ударной волны на радиационную стадию.

3. Неизотермичность плазмы за фронтами космологических ударных волн облегчает ' тепловую неустойчивость изобарических возмущений.

4. Ветровая и взрывная активность первичных массивных звезд обуславливает волновой характер звездообразования на ранних стадиях эволюции Галактики.

5. Подвод энергии к межзвездным облакам через их новерхностныз слои непроникавдим нагревающим ■ излучением или теплопроводностью вызывает имплозию облаков.

6. Ультрафиолетовое нагревающее излучение, вызывающее имплозию межзвездных облаков, обеспечивает положительную обратную связь в звездообразухвдх системах в больших масштабах и,тем самым, может возбуждать глобальньв вспышки звездообразования.

7. При частоте вспышек сверхновых в Галактике v < (is лет)-1 межзвездный газ разреженной фазы, ответственный за наблюдаемое поглощение -в линиях ионов ovi и, частично, в линиях civ и siiv является многотемпературным с Т = 104 - 3-105 К.

8. Газ галактического гало с экспоненциальным распределением плотности препятствует выходу ударных волн от- сверхновых и ограничивает эффективность переноса нассы из диска в гало на высоту, сравнимую с наблюдаемой шкалой высот высокоширотного газа civ и siiv. ВыЗрос газа в гало может обеспечиваться лишь кумулятивным взрывом нескольких сотен сверхновых.

9. В центральной области Галактики перенос массы из диска в гало может осуществляться путем стохастического ускорения межзвездного газа вспыиками сверхновых i типа.

10. Эффекты индуцированного звездообразования в системе "газовый диск - газовое гало" с активной ролью последнего обеспечивает возможность существования в ней устойчивых автоколебательных режимов с амплитудой, зависящей от параметров взаимодействия диска и гало.

Апггообация работы. Результаты работы докладывались на семинарах кафедры астрофизики и отдела космических исследований НИИФ РГУ, лаборатории космической физики и радиоастрономии РГУ, кафедры обшей и теоретической физики ВолГУ, на астрофизических семинарах ИКИ АН СССР. ШН СССР. ФТИ АН СССР, ИАФА АН Эстонии, на семинарах рабочей группы "Физика межзвездной среды" (,Москва, 1981, 1983, 1985, 1985, 1987, Горький 1989;, на рабочем совещании по молекулярной астрофизике (Ленинград,1979;, на Всесоюзном совещании "Строение и эвощия галактик" (.Боржоми, 1980;, на Всесоюзных совещаниях по физике межзвездной среды СТерскол, 1980; Абастумани, 1985; Дрогобыч, 1987; Ленинград, 1988; Киев, 1989;, на Всесоюзных семинарах "Актуальнък проблемы астрофизики"

(Абрау-Дюрсо, 1983; Цей. 1990J, на Всесоюзном совещании "Крупномасштабная структура Вселенной" (Таллинн. 1381), на совещании подкомиссии No 6 в рамках многостороннего сотрудничества "Скопления и ассоциации" (Нижний Архыз, 1981;. на Всесоюзной конференции "Структура галактик и звездообразование" (Киев. 1983;, на рабочем совещании по инфракрасной и субмиллиметровой астрономии (Тыравере, 1985;, на Всесоюзном совещании рабочей группы "Галактика" (Киев. 1985;, на Симпозиуме MAC 146 "Динамика галактик и распределение молекулярных облаков" (Париж, 1990}. на 12-й Европейской астрономической конференции (Давос, 1990;, на Всесоюзной конференции "Астрофизика сегодня" (Нижний Новгород, 1991;, на совещании Центра теоретических исследований Карлова университета Но 1 "Эволюция межзвездной среды и динамика галактик" (Прага, 1991;.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, списка цитируемой литературы (284 названия; и четырех Приложений. Полный объем диссертации 313 стр., в том числе 250 стр. текста, 35 рисунков. 1 таблица, 17 стр. Приложений.

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит постановку задачи и обоснование актуальности исследования. Здесь же формулируются основные понятия и обсуждается связь между ■ крупномасштабными неравновесными процессами и явлениями самоорганизации в звездно-газовых системах; характеризуется научная и практическая ценность диссертации, формулируется основные положения, выносимье на защиту.

Первая глава посвящена исследованию неравновесных процессов в первичном газе на стадиях, предшествующих и сопутствующих образованию галактик.

В § 1.1 рассмотрено образование молекул Hg в пострекомбинационном газе. Показано, что при z > • юо основной вклад вносит канал, связанный с молекулярным ионом н£, благодаря •тому, что энергия его диссоциации 2.65 эВ существенно превышает

энергию связи иона Н Выход молекул Н2 характеризуется величиной х2 % 5-ю"5 о1/2ь0, Где а - безразмерная полная плотность во Вселенной, ь0 -постоянная Хаббла, нормированная на 50 км/с/Мпк, зависимость от плотности барионов слабая.

В § 1.2 приводятся результаты расчета спектральных искажений реликтового излучения молекулами Н^/для случая слабого вторичного разогрева, происшедшего при г ~ юо - энерговвделение ~ ю12эрг/г. Наибольший вклад в искатания вносят колебательно-вращательные переходы с изменением колебательного квантового числа ¿V = 2,з,4. Однако, по-видимому, эти искажения маскируются излучением межзвездной и межпланетной пыли.

В § 1.3 обсуждаются тепловые свойства газа за фронтами космологических ударных волн в рамках адиабатической теории происхождения галактик. Показано, что при скоростях ударных волн меньших 500 км/с газ за фронтом остается преимущественно нейтральны* с холодными электронами и горячим газом тяжелых частиц. При этом основная часть энергии сжатого вещества ~ ю14 эрг/г высвечивается в линии ьуа. этим может объяснена высокая светимость в линии ьус. объекта вблизи радиосточника ЗС 32Б.1 (.красное смешение 1.823 [15].

§ 1-4 посвяшен исследованию тепловых свойств предгалактичес-кого газа в рамках взрывного сценария происхождения галактик. Подчеркивается, что в отличие от предыдущего случая во взрывном сценарии протогалактика Сили более крупное образование^ может одновременно иметь высокую светимость как в рентгеновской диапазоне от горячего газа полости, произведенной гигантским взрывом с е - 1060-1061 эрг, так и в линии Ьуа ОТ оболочки Н1 окружающей эту полость.

В §§ 1.5 - 1.8 приводятся оценки эмиссии первых протозвезд в линиях Н2 и нэ, а также в реконбинационных линиях от зон ни,возбуждаемых первыми звездами. Обсуждается возможность детектирования излучения от начальных стадий эволюции галактик, предлагаются наблюдательные тесты, позволяющие делать выводы об особенностях эволюции на стадии формирования галактик и возникновения в них первых звезд.

Вторая глава посвящена исследованию динамики'звездообразования на начальных стадиях эволюции галактики, когда эффекты инду-

дарованного звездообразования могут играть доминирующую роль.

§ 2.1 носит вводный характер. Здесь дается краткий исторический очерк возникновения идеи индуцированного звездообразования и и ее физические основы.

В Ф 2.2 приводится вывод уравнения индуцированного звездообразования в приближении короткого радиуса- действия сил, способных стимулировать рождение звезд - конкретно речь идет о. механизме индуцированного звездообразования, связанном с фрагментацией газовых оболочек, окаймляющих ударные волны в окрестности активных звезд. Уравнение имеет вид: as

— = D(s)As + ft s(l-s), Qi;

at

типичный для уравнений диффузионно-химической кинетики, s - нормированное число звезд в единице объема, d(s) - коэффициент диффузии, определяемый длиной, на которой происходит фрагментация оболочки, и характерным временем фрагментации, п - константа, обратно пропорциональная времени фрагментации. Уравнение С13 имеет решение в виде стационарной волны - волны звездообразования. Приводится численное решение уравнения дается оценка скорости водны звездообразования.

В §§ 2.3-2.4 параметры волны звездообразования, в частности -ее скорость, оценивается для конкретных условий возбуждения ударных волн звездным ветром и фрагментации газа в оболочке за фронтом УВ за счет тепловой неустойчивости. Величина этой скорости составляет

- 10 км/с, если ударные' волны возбуждается звездным ветром с мощностью е - ю36 эрг/с, доля газа, превращающегося в массивные звезды

- ю-2, а характерное время формирования звезд после фрагментации оболочки - ю Млн. лет.

В § 2.5 описывается сценарий звездообразования на начальных стадиях эволюции Галактики. В основу его положено предположение о том, что массы первых звезд (, звезд населения ш> достаточно велики, н^ = 20 н0 [16], а центральные области протогалакгического'облака имеет концентрацию пс выше средней: в модели принято пс = ю2 см-3. В рамках-сценария процесс образования звезд населения ni распространяется в виде стационарной волны звездообразования. Спустя время, равное времени пребывания звезд на главной последова-

и

тельности tns, по Галактике начинает распространяться волна вспышек сверхновых, которая в состоянии обеспечить скорость выделения механической энергии е - з-ю42 эрг^с. Это вызывает крупномасштабную ударную волну, за фронтом которой спустя некоторое время в результате фрагментации оболочки формируется звезды, отождествляемые со звездами населения и... Металличность звезд, определяемая обогащением вещества оболочки сверхновыми, составляет в среднем гг1 = з-ю-5, их полная масса hij: = 2-ю8 нс, характерная радиальная скорость 100 - 150 км^с. Обсуждается сопоставимость предложенного сценария с параметрами реальных звезд населения и.

В § 2.6 обсуждается влияние негомогенности (облачности) газа на процесс индуцированного звездообразования. Подчеркивается, что в системе бесстолкновительных облаков возможность существования стационарной волны звездообразования определяется фактором заполнения облаков fc - если fc меньше некоторой критической величины, стационарная волна 30 невозможна. Это связано с тем, что большую часть времени активные звезды могут проводить в разреженном межоблачном газе, в котором процессы индуцированного. 30 неэффективны.

В § 2.7 обсуждается возможность образования звезд в шаровых скоплеылх, вешество которых обогащено тяжелыми элементами до z ~ ю-5 - ю-4, за счет тепловой неустойчивости. Подчеркивается, что поскольку тяжелые элементы обеспечивают эффективное охлаждение газа, обогащение ими может являться одним из факторов положительной обратной связи в звездообразующих системах.

Третья глава посвящена обсуждению механизмов, способных обеспечить глобальныз вспышки звездообразования. Дается описание одного из них, основанного на существовании в звездообразующих системах далькодействующей положительной обратной связи.

В § з.1 после краткой исторической справки аргументируется во-мокность разделения звездно-газовых систем с высокой скоростью звездообразования на четыре основных группы: волна 30, возбуждаемая внешними силами; самовозбувдающаяся волна 30; глобальная вспышка 30, возбужденная внешними силами; самовозбуждающаяся глобальная вспышка 30.

В § з.2 приводятся результаты расчета гидродинамики имплозии облаков, окруженных горячим корональнын газом или подверженных действию нагревающего ультрафиолетового излучения > 912 л> -

эффекта, с которым может быть связано действия механизма передачи положительной обратной связи в звездообразующих системах на большие расстояния. Суть этого эффекта состоит в том, что при нагревании поверхностного слоя межзвездного облака в слое возникает избыток давления, который вызывает сжатие внутренних частей облака и расширение Сиспарение; внешних. Динамика сжатия зависит от интенсивности нагрева облака, толщины прогреваемого слоя. Увеличение плотности при тепловой или фотоимплозии сферических межзвездных облаков в отсутствии гравитации может достигать нескольких порядков. Это может облегчать или инициировать гравитационное сжатие облаков.

§ з.з посвяшен построению модели глобальной вспышки звездообразования, основанной на механизме фотоимплозии межзвездных облаков. Принципиальным в модели является предположение о том, что скорость образования массивных звезд пропорциональна полной массе облаков с массой отдельного облака, превышающей значение критической по отношению к гравитационному сжатию массы облака исг:

СО

¿р(г,ъ) = а ф(н) с!н , (2)

Ног

здесь мсг = мсг(г,ь) - значение критической массы, определяемое потоком ультрафиолетового нагреванцего излучения, ^ - характерное время сжатия облака, Ф(н> - функция масс облаков (.число облаков в единичном интервале масс;. Предполагается, что нагревающее ультрафиолетовое излучение производится массивными звездами. В этой модели механизм положительной обратной связи определяется тем, что нагревающее УФ-излучение от молодых массивных звезд инициирует за счет эффекта фотоимплозии облаков рождение нового поколения звезд, которые в свою очередь является источниками УФ-излучения. Радиус действия механизма определяется длиной поглощения нагревающего излучения . Для средней плотности межзвездного газа п - о.з см-3 эта величина имеет порядок 300 пк. Скорость распространения процесса звездообразования в этой модели составляет 50 - 100 км/с. Близкая оценка следует из наблюдений галактик, подверженных глобальным вспышкам 30. .

Четвертая глава посвящзна рассмотрению ионизационного баланса в межзвездной среде.

§ 4.1 носит вводный характер.

В § 4.2 детально исследуется ионный состав межзвездного газа в стационарных условиях. Подчеркивается, что определяющую роль в ионизационном балансе играют реакции перезарядки многозарядных ионов с нейтральными атомами водорода;.

§§ 4.з и 4.4 посвящзны построению моделей ионизационного равновесия в нестационарных условиях, типичных для остатков сверхновых на поздних стадиях их эволюции. Важность исследования таких моделей обусловлена тем, что старые остатки сверхновых дают наибольший вклад в фактор заполнения корональной фазы межзвездного газа.

В § 4.5 обсуждаются свойства коронального разреженного газа на основе статистики наблюдаемых ионов ovi, civ и siiv в газовом диске Галактики. Приводятся аргументы в пользу того, что корональ-ный газ является многотемпературным - вспышки сверхновых способны обеспечить фактор заполнения коронального газа, соответствуют1® распрйстраненности ионов ovi, civ и siiv, но неспособны поддерживать его среднюю температуру на уровне т = зю5 к.

В § 4.6 обсуадаюггся свойства газовой короны Галактики, следующие из наблюдений на высоких галактических широтах многозарядных ионов civ, siiv и hv. Утверждается, что газ галактической л>роны нестационарен, причем ионы civ и siiv представляют облака ни, состояние ионизации которых поддерживается внегалактическим ионизующим, ультрафиолетовым излучением или излучением, создаваемым ОВ звездами и планетарными туманностями, принадлежащими Галактике. Ионы hv представляют, по-видимому, предоблачный газ, т.е. промежуточное состояние, соответствующее переходу межоблачного газа в газ облаков за счет тепловой неустойчивости.

Пятая глава посвящена обсуждению динамики энерго- и массообме-на между газом диска и гало Галактики.

§ 5.1 носит вводный характер. Здесь приводятся существующие оценки скорости обмена массой меаду диском.и гало.

§ 5.2 посвяшен исследованию эффективности эжекции газа из диска сверхновыми и типа. Подчеркивается, что слой межзЕездного газа с экспоненциальным распределением плотности препятствует выходу

ударной волны от вспышки сверхновой (.или нескольких сверхновых; на большие расстояния от плоскости Галактики и. тем самым, ограничивает эффективность эжекции газа в гало. Угвервдается, -что того энерговыделения, которое принимается обычно для кумулятивного взрыва сверхновых в ОБ ассоциациях, (1 - з>.-ю53 эрг, оказызается недостаточно, чтобы обеспечить выброс газа в гало с наблюдаемым [12] экспоненциальным распределением плотности.

§ 5.з посвяшен исследованию механизма переноса массы из диска в гало путем ускорения межзвездных облаков хаотическими ударными волнами от множественных сверхновых I типа, имеющих шкалу высот в несколько раз превышающую шкалу вызот сверхновых и типа. Показано, что в этом случае популяция маломассивных облаков (.с массой, меньшей некоторой критической нх , определяемой их плотностью и скоростью звука в межоблачком газе; имеет гауссовское распределен в направлении, перпендикулярном плоскости Галактики:

( а2 22 1

Нс(2) « ехр (- - J , (3)

"о

где а ( - коэффициент стоксовского трения, С ск^с-^ -дисперсия скоростей облаков, зависящая от скорости згука в межоблачном газе и от частоты вспышек сверхновых;

. популяция массивных облаков С» > м^) имеет экспоненциальное распределение:

е г

Kc(z) «ехр (--— ],

(4)

g -ускорение свободного падения Спредполагается е = const;. Аргументируется возможность интерпретации наблюдаемого многокомпонентного распределения газа в кольце 3.4 кпк < 8 < 8.5 кшс - двух гауссовских и экспоненциального [12] - на основе полученных результатов. Показано, что при определенных условиях распределение облаков вблизи плоскости Галактики в этой модели может быть немонотонным.

В § 5.з в однозонном приближении построена модель системы "диск - гало", учитывающая возможность индуцированного зезздо-

15

образования в диске и активную роль гало в качестве "клапана", ограничивающего скорость поступления нассы из диска в том случае, когда масса гало становится достаточно большой. Показано, что при определенных условиях в этой системе могут устанавливаться стационарные автоколебания, в процессе которых периоды инжекции газа из диска в гало сменяются периодами.оседания его на плоскость Галактики.

В Заключении перечислены основные результаты и выводы диссертации.

В приложениях приведены данные о скоростях Элементарных процессов в водородко-гелиевой смеси, формулы для расчета спекграль-•ных искажений спектра реликтового излучения за счет неравновесного заселения колебательных уровней н2, формулы, используемыз при описании ускорения межзвездных облаков хаотическими ударными волнами от сверхновых I типа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основныз результаты, полученныз в диссертации можно сформу--лировать следующим образом:

1. Неизотермичность газа за фронтами крупномасштабных ударных волн в веществе1 с первичным химическим составом обеспечивает его высокую светимость в линии Ьуа - экерговцделение составляет

" ю14 эрг/г. В адиабатическом сценарии происхождения галактик газ за фронтом ударной волны неизотерничен, если ее скорость меньше критического значения равного примерно 500 км/с. Во взрывном сценарии неизотермический режим устанавливается после выхода ударной волны на радиационную стадию. Неизотермичность плазма благоприятствует развитию тепловой неустойчивости изобарических возмущений.

2. Ветровая и взрывная активность первичных, массивных зшзд обеспечивает установление волны звездообразования на начальных стадиях эволюции Галактики. Нагрев внешних слоев межзвездных 'облаков непроникащим излучением или теплопроводностью вызывает имплозию облаков, что обеспечивает положительную обратную связь в зве-здообразухщих системах. Это конйт быть причиной крупномасштабных вспкшек звездообразования.

3. Температура разреженного короналыюго газа, ответственного за поглощение в линиях ионов ovi и, частично, civ и siiv варьируется в широких пределах от ю4к до зю5к, целя частота вспышек сверхновых в Галактике.^ < (15 лет)-1

4. Газовая корона Галактики с наблюдаемым; экспоненциальным распределением плотности препятствует выЗросу вещества из диска в корону сверхновыми и типа. Лишь кумулятивный взрыв нескольких сотен СН и способен обеспечить такой вьйрос. Ускорение межзвездных облаков ансамблем ударных волн, генерируемых сверхновыми i типа, способно вносить заметный вклад в перенос вещества из диска в гало. Наиболее эффективен этот механизм в центральных областях Галактики.

5. Обратные связи в системе "диск - гало", обеспечиваемые эффектом индуцированного звездообразования и зависимостью эффективности переноса вещества из диска в гало от массы последнего, допускает возможность существования в ней устойчивых автоколебательных режимов с амплитудой и периодом осцилляции, зависящими от параметров взаимодействия диска и гало.

Основное содержание диссертации оцубликовано в следующих работах:

1. Сучков A.A., Щекинов D.~A. Задержки звездообразования в галактиках. //Астрон. ж. -1979. -Т. 56. -С. 1179-1187.

2. Щекинов Ю.А. Нагрев межзвездного газа галактическим ультрафиолетовым излучением. //Астрон. ж. -1979. -Т. 56. -С. 809-818.

3. Щекинов Ю.А. О тепловой неустойчивости за фронтом ударной волны с высвечиванием. //Астрофизика.-1979.Т.15.-С.347-354.

4. Щекинов Ю.А., Эдельман М.А. Тепловая эволюция газа с первичным химическим составом, сжимающегося под действием гравитации. //Астрон. ж. -1980: -Т. 57. -С. 1287-1294.

5. Щекинов Ю.А. Является ли вьсокоскоростныз облака hi галактическими объекгами?//Астрофизика. -1980. -Т. 16. -С. 265-272.

6. Сучков Ал.А., Сучков Ан.А., Щекинов Ю.А. Звездообразование в шаровых скоплениях на начальных стадиях их эволюции.//Письма в Астрон. ж.-1981.-Т. 7.-С. 617-622.

?. Сучков А.А/,Щекинов Ю.А., Эдельман М.А. Столкновение массивных газовых облаков с первичным химическим составом.//Астрофизика.-1982. -Т. 18. -С. 629-640.

а. Логвиненко Е.Л., Щекинов D.A. Оболочечныз зоны ни;//Астрофизика -1983.-Т. 19.-С. 559-567..

9. Сучков Ал.А., Щекинов Ю.А. Ионизационное равновесие в разреженном газе. Роль реакций перезарадок.//Астрофизика.-1983.-Т.19.-С.569-574. '

ю.Щекинов Ю.А., Энтэль М.Б. Термохимическая эволюция догалакти-ческого в адиабатической теории происхождения галактик. //Астрон. ж. -1983.-Т. 60.-С. 640-647.

п.Сучков Ал.А., Щекинов Ю.А. Ионный состав межзвездного газа в интервале температур Т = 104-105!C.//Астрон. ж.-1983:-Т. 60.-С. 883-888.

12.Щекинов Ю.А., Энтэль М.Б. Молекулы Hg во Вселенной при больших красных смещениях: 100 < z < 1300.//Астрон. ж. -1983. -Т. 60. -€.1073 -1076.

13.Сучков Ал.А., Щекинов Ю.А. Ионный состав охлаждающегося межзвездного газа.//Письма в Астрон. ж. -1984.-Т. 10. -С. 35-40.

14.Щекинов Ю. А., Энтэль М.Б. Молекулярный водород как индикатор физических условий в ранней Вселенной. //Астрон. ж. -1984. -Т. 61.-С.460-465.

15.Вайнер Б.В., Щекинов Ю.А. Происхождение дейтерия.//Успехи физ. наук. -1985. Т. 146. -С. 143-171.

16.Щекинов Ю.А. О распространенности дейтерированных молекул в Галактике. //Астрон. ж. -1985. -Т. 62. -С. 182-184.

17.Щекинов Ю.А. Инфракрасное фоновое излучение, создаваемое звездами населения ш.//Астрофизика. -1986.Т. 24.-С.579-590.

18.Щекинов Ю.А. Об излучении "блинов" во вращательных линиях hd.// Письма в Астрон. ж. -198Б. Т. 12. -С. 499-503.

19.Сучков Ал.А.. Щекинов Ю.А. Ионизационные процессы в межзвездном, газе.//Известия Сев. Кав. Научн. Центра Высшей Шк.-1985. - но 1.-

С. 41-45.

20.Щекинов Ю.А., Энтэль М.Б. Инфракрасное излучение протоскоплений галактик (, "блинов";) и протогалактик.//Астрон. ж. -1985. -Т. 62. -

С. 841-846.

21.Коваленко И.Г., Щекинов Ю.А. Энергетика' галактического фонтана. //Астрофизика. -1985. -Т. 23. -С. 363-372.

22.Сучков Ал.А., Щекинов Ю.А. О свойствах газа в галактическом гало. //Астрофизика. -1986. -Т. 24. -С. 123-130.

23. Сучков Ал. А., Щекинов Ю. А. Ионный состав охлаждающегося межзвездного газа с переменной плотность».//Астрон. ж.-1985.-Т. 63. -С. 470-475.

24.Вайнер Б.В., Щекинов Ю.А. Оболочечная структура блина и абсорбционные спектры квазаров.//Астрофизика.-1987.-Т. 26.-С. 431-442.

25.Щекинов Ю.А. Об индуцированном звездообразовании.//Письма в Астрон. ж. -1987. -Т. 13. -С. 862-867.

26. Коваленко И.Г., Сучков Ал.А.. Щекинов Ю. А. Физическое состояние газа галактического гало.//Астрон.ж.-1988. -Т.65.-С. 25-34.

27. Коваленко И. Г.. Щекинов Ю. А. Взрывной сценарий происхождения звезд населения и. //Астрофизика. -1988-Т.29. -С.331-344.

28. Shchekinov, Xй-A. The induced star fornation: combustion waves and starbursts.//Astrophys.and Space Sci.-1989.-V.152.-P.43-56.

29.Kovalenko I.G., Shchekinov Yu.A., Suchkov Al.A. The physics of the Galactic halo'gas.//Astrophys. and Space Sci.-1989.-V.152.-P.223-238.

30.Щекинов Ю.А. Диффузный межзвездный газ. Состояние ионизации.// ■ Итоги науки и техники. Серия Астрономия.-1990.-Т. 39.-С. 3-76.

31.Сапвегег Н., Shchekinov Yu. Short-range and long-range forces in induced star fornation.//Dynamics of Galaxies and their Molecular Cloud Distribution: IAU Synp. Ho 146. Paris. Dordrecht e.a.-1990.-P.282.

32-Shchekinov Yu. Thernal evolution of excited pregalactic gas.// Astrophys. and Space Sci.-1991.-V.175.-P.57-88.

33.Kovalenko I., Shchekinov Yu. Heat- and radiative-driven iuplosion of interstellar clouds'.I .Initial dynanics.//Astron. and Astrophys.Transactions.-1991.-V.1.-P.

34.Palous J.. Shchekinov Yu. Living Galactic halo.//Center for Theor. Study. Preprint.-1991.-35P.

35-Shchekinov Yu. Starbursts stimulated by thernal conductivity and heating radiation.//Evolution of Intestellar Hatter and Dynanics of Galaxies.Workshop Cent. Theor.St. Prague. Kay 1991. Canbr.Univ.Press. 1991.-P.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jenkins Е.В., Meloy D. A survey with Copernicus of interstellar OVI absorption.//Astrophys.J.-1974.-V.193.-P.L121-L126.

2. York D. Highly-ionized atons observed with Copernicus.//Ibiden. P.L127-L131.

3. Savage В., de Boer K. Observational evidence for a hot gaseous galactic corona.//Astrophys.J.-1979.-V.230.-P.L77-L82.

4. Searle L. , Sargent W.L., Bagnuolo W.G. The history of star fornation and colours of late-type galaxies.//Astrophys.J.-1973.-V.179.-P.427-438.

5. Ardeberg A: Star formation and the structure of the Large Magellanic Clouds.//Astron. and Astrophys.-1976.-V.46.-P.87-98.

6. BlaauH A. O-associations in the Solar neighbourhood.//Ann. Rev.Astron. and Astrophys.-1984.-V.2.-P.213-246.

7. Herbst U., Assousa G.E. Observational evidence for supernova-induced star fornation: Canis Major R1.//Astrophys.J.-1977.-V.217. P.473-487.

8. Lada C.J. Fornation of nassive stars in OB-associations and giant nolecular clouds.//Giant Holecular Clouds in the Galaxy. 3rd Gregynog Astrophys. Workshop.-1980.-P.239-253.

9. Cox D., Smith В.И. Large scale effects of supernova resmants in the Galaxy: generation and naintenance of a hot network of tunnels. //Astrophys.J.-1974.-V.189.-P.L1Q5-L108.

10-McKee C., Ostriker J. A theory of the interstellar Dedius: three coaponents regulated by supernova explosions.//Astrophys.J.-1977.-V.217.-P.148-169.

11.Cox D. Mechanical heating of the interstellar nediun.II.

The phase properties and structural control.//Astrophys.J.-1981.-7.245.-P.534-551.

12.Dickey J.H., Locknan F.L. HI in the Galaxy.//Ann.Rev.Astron. and Astrophys.-1930.-У.28.-P.215-261.

13.Scalo J, Starbursts and galaxy evolution.//Pubis.Astron.Inst. Czechosl.Ac. Sci.-1987.-V.69.-P.101-109.

14.Ефремов Ю.H. Очаги звездообразования в галактиках./Ж :Наука.-1S89.-246C.

15.McCarthy P.J., Spinrad H., Djorgovski S., Strauss H.A., van Bruegel W., Liebert J. Extended Lya enission in 3C 326.1:

a 100 kpc cloud of ionized gas at a redshift of 1.82.//Astrophys.J. -1987.-V.319.-P.L39-L44.

16.Silk J. On the fragnentation of cosnic gas clouds.I.

The fornation of galaxies and the first generation of stars.//

Astrophys.J.-1977.-V.211.-P.638-648.