Kann ich bei gegebener Temperatur, Zusammensetzung, Säulendichte und Radialgeschwindigkeit den Volumenstrom einer Gaswolke finden?

Wir haben einen heißen Stern mitten in einer Gaswolke. Wir richten ein Spektrometer auf den Stern und berechnen die folgenden Attribute unserer Sichtlinie auf den Stern durch die Wolke:

  • Gesamtzahl verschiedener Elemente und Moleküle (H, H2, C, O, N, CO, viele Ionen von allen oben genannten) entlang der Sichtlinie (Einheiten sind Anzahl/cm^2)
  • Durchschnittliche Temperatur der Atome in unserer Sichtlinie
  • Durchschnittliche Radialgeschwindigkeit der Atome in unserer Sichtlinie

Alle radialen Geschwindigkeiten sind ungefähr gleich, daher schließen wir, dass die Sichtlinie mehr oder weniger ein einziger zusammenhängender Gasklumpen ist. Gut!

Jetzt bewegt sich der Stern selbst, der die Sichtlinie beleuchtete, mit etwa 40 km/s auf uns zu, während sich der von uns beobachtete Gaswolkenbrocken mit etwa 20 km/s entfernt bewegt. Aus dem Vergleich der Leuchtkraft des Sterns mit der Temperatur des Gases schließen wir außerdem, dass die Gaswolke ein oder zwei Lichtjahre vom Stern entfernt ist.

Angesichts all dieser Informationen lautet Ihre Aufgabe: Wenn wir in zehn Jahren ein weiteres Spektrum der gleichen Sichtlinie aufnehmen , wird es dann derselbe Gasklumpen sein?

Ich werde Ihnen gleich sagen, dass die Radialgeschwindigkeit das Gas nur 0,002LY näher an den Stern bringt, was viel weniger ist als wir brauchen. Mit anderen Worten, können Sie angesichts all dessen etwas über die Quergeschwindigkeit der Wolke schlussfolgern? Können Sie etwas über den Massenstrom sagen und bestimmen, ob es wahrscheinlich ist, dass sich das Gas in unserer Sichtlinie in Bezug auf den Stern bewegt hat?

Meine physikalische Intuition sagt, dass Sie ja erwarten würden, da die Radialgeschwindigkeiten so unterschiedlich sind, aber ich bin mir nicht ganz sicher - die Radialgeschwindigkeit impliziert nicht unbedingt etwas über die Quergeschwindigkeit. Oder doch?

Wenn Sie nur einen Stern betrachten, müssen Sie einige Annahmen über die Wolkenstruktur treffen, wenn Sie die Signalvariation mit der Querbewegung verknüpfen möchten.
@gigacyan Richtig. Was sind das für Annahmen?
Ich bin kein Spezialist, aber es gibt Leute, die solche Gaswolken modellieren und vielleicht können sie Ihre Gaswolke aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung einem bestimmten Typ zuordnen.
Zunächst einmal: Was ist der Unterschied zwischen Komposition und „Gesamtzahl verschiedener Elemente“? Und dann verstehe ich die Frage nicht ganz. „Ich schaue in die Sonne und sehe dazwischen eine Wolke. Wäre es dieselbe Wolke, wenn ich nach einer halben Stunde in die Sonne schaue?“
@Kostya Ja, das ist überflüssig - zur Korrektur bearbeitet. Was die zweite Frage betrifft – das ist das Wesentliche, aber es ist nicht so trivial, wie Sie denken möchten. Die Wolke und der Stern bewegen sich beide. Wenn sie sich mit derselben Geschwindigkeit bewegen, sehen wir denselben Wolkenfleck. Auch wenn dies nicht der Fall ist, ist es wichtig zu wissen, wie unterschiedlich die Geschwindigkeiten sind. Wenn wir dies wissen, können wir abschätzen, wie weit die beiden Messungen räumlich und nicht nur zeitlich voneinander entfernt sind. dies erweist sich als sehr wichtig für das Verständnis anderer Eigenschaften der Wolke.

Antworten (1)

Die Radialgeschwindigkeit kann uns direkt keine Auskunft über die Quergeschwindigkeit geben. Aber es gibt einen Hinweis darauf, dass der Stern und die Gasmasse nicht zu demselben dynamischen System gehören. Daher ist es unwahrscheinlich, dass sie auf der projizierten 2-D-Ebene still beieinander bleiben. Wenn die vergleichende Querbewegung dieselbe Radialgeschwindigkeit aufweist, beispielsweise 60 km/s, bewegt sich die Gasmasse nach 10 Jahren 60 / 3 E + 5 ∗ 10 = 0,018 l j , die 20-mal größer ist als die Umlaufbahn des Pluto (höchstens 0,00085 Lj). Es ist ein kleiner Maßstab für eine Gasmasse. Aber es kann groß genug sein, damit sich die Spaltendichte der Elemente ändert (aufgrund der Elementverteilung und des Projektionseffekts). Sie konnten leichte Formänderungen einiger Absorptionslinien beobachten. Aber wie von erwähnt gigacyan, ist es mit nur einem Stern wirklich schwierig, die Richtung und Geschwindigkeit der Querbewegung zu bestimmen. Wenn Sie eine Annahme treffen, wie zum Beispiel die Masse als Kugel nehmen, dann können Sie etwas erforschen.

Darüber hinaus sind sowohl Stern als auch Gasmasse im Weltraum nicht isoliert, es gibt Geschwindigkeitsbeschränkungen aufgrund ihrer Position in der Galaxie, auf der Scheibe, in der Ausbuchtung oder im Halo usw. Auf dieser Grundlage können Sie einige vernünftige Schätzungen abgeben.

Gute Antwort. Sie sagen, dass sie auf der projizierten 2-D-Ebene wahrscheinlich nicht nahe beieinander bleiben werden. Kann man überhaupt abschätzen, wie unwahrscheinlich das ist? Normalerweise würden Sie so etwas tun wollen, indem Sie den erwarteten Wert der Geschwindigkeit berechnen, indem Sie über eine Verteilung von Geschwindigkeiten integrieren. Gibt es vielleicht eine Verteilung, die ungefähr für diesen Zweck gültig wäre?
Zweiter Kommentar - warum würden Sie sagen, dass die Querbewegung gleich der Radialgeschwindigkeit ist?
Das Geschwindigkeitsbeispiel dient nur dazu, ein Gefühl für die mögliche Skalierung zu bekommen. Nimm es nicht ernst. Was die Verteilung der vergleichenden Quergeschwindigkeit betrifft, können wir natürlich die Möglichkeit abschätzen, dass die Geschwindigkeit für zwei unabhängige Objekte unter einem bestimmten Wert liegt. Aber dieser Fall kann durch ihre Position vereinfacht werden, nehmen Sie einen typischen Wert von Objekten in der Nähe vielleicht eine gute Näherung.
Kann ich bei gegebener Temperatur, Zusammensetzung, Säulendichte und Radialgeschwindigkeit den Volumenstrom einer Gaswolke finden?
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