原子ISM中热不稳定性的非线性发展及其与随机涨落的相互作用

(Abridged) 我们讨论了等压模式的热不稳定性 (TI) 在原子星际介质 (ISM) 中的非线性发展，以评估 TI 建立良好分离的多相结构在湍流 ISM 中所具有的能力。关键参数是冷却时间与动力学穿越时间之比 $\eta$。在密度 $\sim 1$ cm$^{-3}$ 的介质中，尺寸 $\gtrsim 15$ pc 的等压密度扰动发展出马赫数大于 0.5 的吸积运动，并从凝结处向外传播一个冲击波，使周围介质脱离热平衡。动力学瞬态状态消散的时间范围为 4-30 Myr，初始密度扰动为 20%，尺寸为 3-75 pc。当凝结形成时，大部分质量仍在遍历不稳定范围内，因此由 TI 形成的云应该由穿越不稳定范围的吸积气体所边界取代，而非由与稳定温暖相位的尖锐边界所界定。在存在随机速度驱动的情况下，如果驱动引起的均方根马赫数 ($\gtrsim 0.3$) 较大，并且尺寸足够小以致 $\eta>1$，则吸积过程可被压制任意长时间。我们认为，这些机制可能是导致气体质量在不稳定范围内积聚的原因。我们指出，在（稳定的）温暖稀疏介质中，$\eta>1$ 适用于尺度可达几 pc 的速度扰动。该流对这些扰动的响应因此几乎是等熵的，且相对可压缩，符合观测表明该介质近似卡尔曼功率谱的观测结果。