宇宙雪云:显现氢凝聚的自引力气体球
星系天体物理
2019-08-21 v1
摘要
我们给出由氦与分子氢组成的球形自引力云的流体静力平衡模型,聚焦于可形成固态或液态氢的低温高密度 regime。所得结构质量从 0.1 Msun 低至若干 × 1.e-8 Msun,半径范围宽广:1.e-4 < R(AU) < 1.e7。我们的模型完全对流,但均具双区特征——大部分质量位于无凝聚物小核中,外围为更冷包层,其中达到相平衡。包层对流异乎寻常,其由平均分子量反转而非熵梯度驱动。事实上熵梯度自身亦反转,导致出人意料的结果:包层对流将热量向内传输。这进而使外层得以维持低于宇宙微波背景的稳态温度。在流体静力平衡中,我们辨识出适用于银河系的熱平衡,其中 H2 的辐射冷却与宇宙线加热相平衡。这些平衡均热不稳定,尽管某些情形下热时标极长。所有模型的特异光度极低,因而描述了一类重子暗物质。此类云因而热脆弱:置于强烈辐射场中时将无法有效冷却,随热量输入驱动长期膨胀而瓦解。瓦解的云应留下气体与 H2 尘埃尾迹,或使其更易被探测。我们的模型或关乎螺旋星云中的彗星状球状体,以及绕 Sgr A* 运行的 G2 云。
引用
@article{arxiv.1906.05702,
title = {Cosmic snow clouds: self-gravitating gas spheres manifesting hydrogen condensation},
author = {Mark Walker and Mark Wardle},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.05702},
year = {2019}
}
备注
26 pages, 18 figures, ApJ (Accepted)