Pourquoi n'y a-t-il pas de nuages ​​ISM avec des températures comprises entre 100 et 6 000K?

Dans le milieu interstellaire, il existe plusieurs phases diffuses différentes de gaz, distinguées par leur densité et leur température. Plus précisément, le milieu neutre froid a des températures de ~ 50 à 100 K et le milieu neutre chaud varie de 6 000 à 10 000 K. Selon mon professeur, il y a eu peu de nuages ​​de gaz avec des températures comprises entre ces deux.

Quelqu'un sait-il pourquoi un écart aussi important existe?

Soit , T et x i la densité numérique de l'hydrogène, la température du gaz et n i / n , où n i est la densité numérique du i ème composant du milieu interstellaire. On peut alors écrire les critères d'équilibre thermique comme n 2 Λ ( n , T , x i ) - n Γ ( n , T , x i ) ≡ n 2 L = $n$$T$$x_i$$n_i/n$$n_i$$i$

$$n^2\Lambda(n,T,x_i)-n\Gamma(n,T,x_i)\equiv n^2\mathcal{L}=0$$ où et Γ et les fonctions de chauffage et de refroidissement, respectivement, et L est défini par ces fonctions et n . Si l'équilibre est instable, ( ∂ $\Lambda$$\Gamma$$\mathcal{L}$$n$ pourentropieS. Cela conduit à des conditions d'instabilité différentes, appelées instabilitésisochoreetisobare(Field (1965),Eq 4a,4b). Ceux-ci peuvent être déterminés à partir de la température, de la pression et de la densité du gaz (en supposant également que le gaz peut être approximé comme un gaz idéal). $$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial S}\right)<0$$ $S$$\text{Eq } 4a,4b$

En général, et Γ sont compliqués à déterminer, bien que des combinaisons de loi de puissance et de facteurs de décroissance exponentielle puissent souvent être suffisantes. Un exemple de courbe qui semble beaucoup apparaître comme un exemple a été calculé par Dalgarno et McCray (1972) , figure 2:$\Lambda$$\Gamma$

$\sim10,000\text{ K}$$\log P/\log n$

En réalité, le modèle en deux phases est une simplification excessive, et l'ISM a des composants plus distincts. Cependant, les instabilités isochoriques / isobares limitent encore la plage dans laquelle les nuages ​​peuvent exister dans des équilibres stables et expliquent la pénurie de gaz dans la plage de température pertinente.

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Permettez-moi de développer les termes isobare et isochore . En thermodynamique, il est parfois commode de supposer que certaines variables thermodynamiques restent constantes dans une certaine situation. Les processus isothermes se produisent à température constante; de même, les processus isobares se produisent à pression constante et les processus isochores se produisent à volume constant.

$$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}<0\tag{Isochoric}$$ $$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{p}=\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial T}\right)_{\rho}-\frac{\rho_0}{T_0}\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial\rho}\right)_T<0\tag{Isobaric}$$

$$\left(\frac{\partial\mathcal{L}}{\partial A}\right)_B$$ $\mathcal{L}$$A$$B$