Ich lese oft über kalte Objekte (nämlich kalte Wolken im galaktischen Halo oder kalte Filamente, die in Galaxien mit hoher Rotverschiebung akkretieren), die im Druckgleichgewicht mit dem diffusen heißen Umgebungsgas stehen. Was bedeutet dieses Druckgleichgewicht intuitiv? Dass das kalte Objekt eine so hohe Dichte haben muss, dass es durch das heiße Medium nicht zerstört werden kann? Drückt das heiße Medium auf ein anfänglich unter Unterdruck stehendes kaltes Objekt und zwingt es, sich zusammenzuziehen, bis es den gleichen Druck erreicht?
Aber würden Sie nicht erwarten, dass hydrodynamische Instabilitäten solche kalten Objekte zerstören, wenn sie sich durch das heiße Medium bewegen? Da zum Beispiel das kalte Objekt dichter ist als das umgebende heiße Gas, würde dieser Dichtekontrast nicht eine Rayleigh-Taylor-Instabilität und damit ein Absinken der kalten Wolke verursachen? Und dann, da das kalte Objekt eine gewisse Geschwindigkeit gegenüber dem heißen Gas hat, würden Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten nicht die Wolke zerfetzen? Unter welchen Bedingungen würden diese hydrodynamischen Instabilitäten verhindert, damit das Druckgleichgewicht erhalten bleibt und das kalte Objekt überlebt?
Druckgleichgewicht bedeutet, dass der Druck des heißen Bauteils und der Druck des kalten Bauteils an ihrer Grenzfläche gleich groß sind, sich also weder ausdehnt noch zusammenzieht. Das perfekte Gasgesetz ist , also Druck ist proportional zu beiden Dichte und Temperatur . Eine kalte Wolke hat niedrig , aber wenn es eine hohe Dichte hat, kann es den gleichen Druck haben wie eine heiße Wolke mit geringer Dichte.
Damit ist impliziert, dass es sich um ein mehr oder weniger stabiles Gleichgewicht handelt, und es ist relativ leicht zu sehen, wie das sein könnte. Stellen Sie sich eine kalte (hochdichte) Wolke vor, die in ein heißes (niedrigdichtes) Medium eingebettet ist. Wenn eine Schwankung dazu führt, dass die Wolke schrumpft, nimmt ihre Dichte zu, erhöht ihren Druck und bewirkt, dass sie sich ausdehnt. Oder: Wenn die Temperatur der heißen Phase ansteigt, steigt auch ihr Druck, wodurch die kalte Wolke komprimiert wird – bis deren erhöhte Dichte (und möglicherweise erhöhte Temperatur) ihren Druck so weit erhöht, dass sie den Druck des heißen Mediums wieder ausgleicht.
Was hydrodynamische Instabilitäten betrifft: Dies sind keine universellen, immer anstehenden Phänomene. Bei einer kalten, dichten Wolke in einem heißen Medium hat die Grenzfläche einen nach innen gerichteten Gravitationsvektor (der zum Zentrum der dichten, kalten Wolke zeigt). Dies bedeutet, dass ein Medium mit niedriger Dichte "auf" einem Medium mit hoher Dichte sitzt, was das Gegenteil von dem ist, was für die Rayleigh-Taylor-Instabilität erforderlich ist. (Deshalb leidet die Grenzfläche zwischen der Erdatmosphäre und dem Ozean nicht unter Rayleigh-Taylor-Instabilitäten.) Also: keine Rayleigh-Taylor-Instabilität. (Eine kalte Wolke, die in einem externen Gravitationsfeld "untergeht", ist kein Beispiel für eine Rayleigh-Taylor-Instabilität; es ist ein Auftriebseffekt, wie Regentropfen, die durch eine Atmosphäre fallen.)
Sie sollten wahrscheinlich auch nicht davon ausgehen, dass Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten sofort oder effizient die Wolke "zerreißen". Große kalte Wolken oder Ströme können um Größenordnungen dichter sein als das heiße Medium und können auch eine erhebliche Eigengravitation haben, die dazu neigt, einem "Zerkleinern" zu widerstehen. (Schließlich kann die Wechselwirkung des Sonnenwinds und der planetarischen Atmosphären im Sonnensystem Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten erzeugen, aber die Venus und die Erde – ganz zu schweigen von Jupiter usw. – haben immer noch signifikante Atmosphären.)