Pada analogi antara sistem gas dan bintang

9

Analogi antara (biasanya) gas ideal dan sistem bintang tidak hanya secara intuitif valid sampai batas tertentu, tetapi telah ditetapkan dan digunakan dalam studi cluster bintang dan sistem galaksi, paling sering sebagai penyederhanaan untuk persamaan Boltzmann tanpa tabrakan.

Gagasan di balik analogi ini adalah bahwa jika sistem bintang dapat direpresentasikan sebagai kumpulan massa titik, dan jika jumlah massa titik besar, maka kita dapat mempertimbangkannya dari sudut pandang teori kinetik gas. Satu hal yang perlu diingat di sini adalah sistem gas bintang tidak santai, juga tidak bisa santai.

Saya ingin tahu di sini: Seberapa jauh analogi yang dijelaskan itu dapat didorong?

Misalnya, ada serangkaian fenomena spesifik gas (atau kita bisa berbicara tentang plasma, jika Anda mau), yang akan menarik untuk dibayangkan untuk sistem bintang, seperti guncangan, turbulensi, atau viskositas. Dapatkah fenomena karakteristik seperti itu, atau lainnya, ada dalam sistem bintang dan apakah ada sistem aktual yang menunjukkan perilaku seperti itu? (dari yang disebutkan, viskositas analog ada dan agak umum)

stellar-dynamics plasma-physics n-body-simulations

— Alexey Bobrick
sumber

Saya tidak mengerti mengapa tidak, meskipun mereka mungkin hanya akan terlihat dalam sistem yang sangat besar (katakanlah, ukuran galaksi), dan pada kenyataannya mereka mungkin tertutupi oleh keberadaan gas aktual dalam sistem tersebut. Namun, bahkan sistem partikel yang berinteraksi sangat sederhana, seperti gas kisi diskrit , dapat menunjukkan turbulensi pada skala besar, jadi mengapa tidak sistem gravitasi-tubuh n juga?

— Ilmari Karonen

@IlmariKaronen: Saya juga akan berpikir begitu. Bahkan beberapa gugus bintang sudah dapat dianggap memiliki cukup besar . Keraguan saya muncul dari beberapa arah: 1) Sistem gravitasi tidak dapat sepenuhnya memanaskan, 2) Potensi interaksi tidak sama dengan plasma netral makroskopik, 3) Ruang fase tidak memiliki batas, sehingga objek ingin menguap. Semua ini membuatnya agak kurang jelas, karena analoginya ada, tetapi tidak lengkap.

N

$N$

— Alexey Bobrick

1

Sebagai contoh koneksi yang bermanfaat, yang disebut angka Toomre yang mendefinisikan ambang kepadatan di mana cakram tipis menjadi tidak stabil secara gravitasi sehubungan dengan gelombang radial hanya berbeda dengan faktor 3.31 / 3.14 antara cakram bintang dan cakram gas.

— chris

2

Analogi ini agak lemah dan tidak terlalu berguna.

Apa yang disebut sistem bintang tanpa tabrakan (sistem yang relaksasi dengan pertemuan bintang tidak memiliki efek yang berarti selama masa hidup mereka), seperti galaksi, dapat digambarkan dengan persamaan Boltzman tanpa tabrakan, tetapi tidak pernah mengendap dalam kesetimbangan termodinamik (hanya dalam beberapa kesetimbangan dinamis atau virial ). Dengan demikian, satu-satunya sistem lain dengan perilaku yang agak mirip adalah plasma tanpa tabrakan.

Suara, turbulensi, viskositas dll semua dipengaruhi oleh benturan jarak dekat (bukan hanya pertemuan) antara molekul. Ini juga menjaga keseimbangan termodinamika dan distribusi kecepatan Maxwell-Boltzmann. Sistem Stellar tidak memiliki proses ini dan kecepatannya secara umum terdistribusi secara anisotropik dan tidak mengikuti distribusi Maxwell.

Gas dalam beberapa hal lebih sederhana untuk dipahami, karena dinamika mereka didorong oleh proses lokal dan karena metode statistik sangat berguna. Sistem bintang didorong oleh gravitasi, yaitu proses non-lokal jarak jauh, dan intuisi dari fisika gas seringkali sangat menyesatkan (misalnya, sistem gravitasi diri memiliki kapasitas panas negatif - ini juga berlaku untuk bola gas, seperti sebagai bintang).

Perhatikan juga bahwa jumlah partikel dalam gas jauh lebih besar ( ) daripada jumlah bintang di galaksi ( ), meskipun jumlah partikel materi gelap mungkin jauh lebih besar. lebih tinggi. $\sim10^{26}$ $\sim10^{11}$

— Walter
sumber

1

Ada sebuah makalah yang menarik oleh Jes Madsen , yang memiliki beberapa pemodelan cluster globular yang sukses sebagai bola isotermal.

— EHN
sumber

1

Ya, benar, pada kenyataannya aproksimasi gas isotermal telah banyak digunakan untuk memodelkan kluster. Dan itu adalah cara yang masuk akal untuk menyederhanakan fungsi distribusi enam dimensi menjadi 3d, atau bahkan akhirnya 1d, dengan asumsi simetri bola. Namun saya bertanya-tanya tentang pertanyaan yang sedikit lebih mendasar. Artinya, seberapa valid analogi antara sistem gravitasi N-body dan gas. Dapatkah sistem N-body menunjukkan guncangan dan turbulensi atau tidak? Atau, apa batasan analogi semacam itu? Adapun model isotermal, tidak ada keraguan bahwa mereka ada dan digunakan dalam penelitian praktis.

— Alexey Bobrick