Hydrodynamic instabilities in the models of the formation of young stellar objects




The features of unstable motions in the regions of active star formation are considered. The purpose of the research is to determine the magnitude and scale of inhomogeneities for which the Jeans gravitational compression criterion is satisfied. Mathematical models are used that take into account nonequilibrium radiation processes and self-gravity. The results of calculations of the cumulation of mass during the propagation of the ionization-shock front in the cloud are presented; a qualitative agreement is established between the motion structure and the one obtained on the basis of the thin layer model Cherny. In the case of Richtmyer-Meshkov instability it was found that density perturbations increase significantly due to radiation cooling. Taking into account the gravitational interaction between particles of the accelerating moving gas layer, a criterion is formulated for the dominant influence of self-gravity on the shape of inhomogeneities compared with the Rayleigh-Taylor instability. Morphologically, heterogeneities of various origins differ little and are observed mainly on the inner side of the ionization-shock front, facing the radiation source. The authors of this work for the first time found that gasdynamic phenomena at the outer boundary of a layer compressed by a shock wave can reflect the presence of condensations that existed in the interstellar medium before the passage of the ionization-shock front. Computer modeling has shown that when a condensation (cloud, clot) penetrates into an accelerating moving layer, the formation of a cumulative jet occurs. The effect of acceleration, gas densities in the layer and in the cloud, and the shape of the cloud on the manifestation of the cumulative effect is investigated.

hydrodynamics – HII regions – instabilities

Гидродинамические неустойчивости в моделях образования молодых звездных объектов

Рассматриваются особенности неустойчивых движений в областях активного звездообразования. Цель исследований заключается в определении величины и масштабов неоднородностей, для которых выполняется критерий гравитационного сжатия Джинса. Используются математические модели, учитывающие неравновесные радиационные процессы и самогравитацию. Представлены результаты расчетов кумуляции массы при распространении ионизационно-ударного фронта в облаке, установлено качественное согласие структуры движения с получаемой на основе модели тонкого слоя Г.Г. Черного. В случае неустойчивости Рихтмайера-Мешкова найдено, что возмущения плотности существенно увеличиваются из-за радиационного охлаждения. С учетом гравитационного взаимодействия между частицами ускоренно движущегося газового слоя сформулирован критерий доминирующего влияния самогравитации на форму неоднородностей по сравнению с неустойчивостью Рэлея-Тейлора. Морфологически неоднородности различного происхождения отличаются мало и наблюдаются преимущественно на внутренней – обращенной к источнику излучения – стороне ионизационно-ударного фронта. Авторами настоящей работы впервые установлено, что газодинамические явления на внешней границе сжатого ударной волной слоя могут отражать присутствие уплотнений, которые существовали в межзвездной среде до прохождения ионизационно-ударного фронта. Компьютерное моделирование показало, что, когда уплотнение (облако, сгусток) проникает в ускоренно движущийся слой, происходит формирование кумулятивной струи. Исследовано влияние величины ускорения, плотностей газа в слое и в облаке, формы облака на проявление кумулятивного эффекта.

гидродинамика – области HII – неустойчивости


1. Elmegreen B.G., Lada C.J. Sequential formation of subgroups in OB associations // Astrophys. J. 1977. Vol. 214. P.725–741.
2. Churchwell E. et al. The bubbling Galactic disk. II. The inner 20º // Astrophys. J. 2007. Vol. 670. P.428-441.
3. Deharveng L. et al. A gallery of bubbles. The nature of the bubbles observed by Spitzer and what ATLASGAL tells us about the surrounding neutral material // Astronomy & Astrophysics. 2010. Vol. 523. P.1-135.
4. Anderson L.D. et al. The dust properties of bubble HII regions as seen by Herschel // Astronomy & Astrophysics. 2012. Vol. 542. P.1-27.
5. Aghanim N. et al. Planck intermediate results XXXIV. The magnetic field structure in the Rosette Nebula // Astronomy & Astrophysics. 2016. Vol. 586. P.1-16.
6. Capriotti, E.R. The structure and evolution of planetary nebulae // Astrophys. J. 1973. Vol. 179. P.495–516.
7. White G. J. et al. The Eagle Nebula's fingers - pointers to the earliest stages of star formation? // Astronomy & Astrophysics. 1999. Vol. 342. P.233–256.
8. Schneider N. et al. Globules and pillars in Cygnus XI Herschel far-infrared imaging of the Cygnus OB2 environment // Astronomy & Astrophysics. 2016. Vol. 591. A40. P.1-21.
9. Mathews W.G., O'dell C.R. Evolution of Diffuse Nebulae // Annual Review of Astronomy and As-trophysics. 1969. Vol. 7. P.67–98.
10. Баранов В.Б., Краснобаев К.В. Гидродинамическая теория космической плазмы М.: Наука, 1977. 335 с.
11. Спитцер Л. мл. Физика межзвездной среды М.: Мир, 1981. 351с.
12. Котова Г.Ю., Краснобаев К.В., Тагирова Р.Р. Двумерные неустановившиеся движения фото-испаряемых газовых оболочек // Проблемы современной механики: к 85-летию академика Г.Г.Черного. 2008. М.: Изд-во МГУ, Омега-Л. C. 190–206.
13. Fedchenko A.S., Krasnobaev K.V. Analysis of the approximate solutions of HII region expansion problem // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1129.
14. Котова Г.Ю., Краснобаев К.В. Ускорение сферической нейтральной оболочки, формируемой ионизационно-ударным фронтом в неоднородной межзвездной среде // Письма в Астрономи-ческий журнал. 2009. Т. 35. № 3. С. 189–198.
15. Котова Г.Ю., Краснобаев К.В. Численное моделирование неустойчивых двумерных движений околозвездной оболочки // Письма в Астрономический журнал. 2010. Т. 36. № 7. С. 506–516.
16. Зоненко С.И., Черный Г.Г. Новый вид кумуляции энергии и импульса метаемых взрывом пла-стин и оболочек // Доклады РАН. 2003. T. 390. №1. C. 46–50.
17. Falle S.A.E.G. A numerical calculation of the effect of stellar winds on the interstellar medium // Astronomy and Astrophysics. 1975. Vol. 43. №. 3. P.323–336.
18. Краснобаев К.В., Тагирова Р.Р. О проявлении неустойчивости Рихтмайера-Мешкова в неод-нородной межзвездной среде с высвечиванием // Письма в Астрономический журнал. 2009. Т. 35. № 5. С. 364–371.
19. Краснобаев К.В., Котова Г.Ю., Тагирова Р.Р. Двумерные возмущения ускоренного движения неоднородных газовых слоев и оболочек в межзвездной среде // Письма в Астрономический журнал. 2015. Т. 41. № 3-4. С. 123–132.
20. Krasnobaev K.V., Tagirova R.R., Kotova G.Y. Model of the expansion of HII region RCW 82 // Astrophys. J. 2014. Vol. 786. № 2. P.90–95.
21. Kotova G.Y., Krasnobaev K.V. Interaction of an accelerating layer with a cloud: formation of tails and cumulative jets // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. In Press.
22. Pittard J.M. et al. The turbulent destruction of clouds – I. A k-epsilon treatment of turbulence in 2D models of adiabatic shock-cloud interactions // Monthly Notices of the Royal Astronomical So-ciety. Vol. 394. № 3. P.1351–1378