Журнал естественнонаучных исследований, 2025, № 2
Бесплатно
Новинка
Основная коллекция
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Наименование: Журнал естественнонаучных исследований
Год издания: 2025
Кол-во страниц: 44
Количество статей: 5
Дополнительно
Вид издания:
Журнал
Артикул: 701137.0028.01
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ISSN 2500-0489 ЖУРНАЛ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Сетевой научный журнал Том 10 ■ Выпуск 2 ■ 2025 Выходит 4 раза в год Издается с 2016 года Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-61335 от 07.04.2015 г. Издатель: ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, г. Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96 Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru Главный редактор: Питулько В.М. – доктор геол.-минерал. наук, главный научный сотрудник, лаборатория геоэкологических проблем природнохозяйственных систем и урбанизированных территорий, Санкт-Петербургский научноисследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук (НИЦЭБ РАН), г. Санкт-Петербург Ответственный редактор: Титова Е.Н. E-mail: titova_en@infra-m.ru © ИНФРА-М, 2025 Присланные рукописи не возвращаются. Точка зрения редакции может не совпадать с мнением авторов публикуемых материалов. Редакция оставляет за собой право самостоятельно подбирать к авторским материалам иллюстрации, менять заголовки, сокращать тексты и вносить в рукописи необходимую стилистическую правку без согласования с авторами. Поступившие в редакцию материалы будут свидетельствовать о согласии авторов принять требования редакции. Перепечатка материалов допускается с письменного разрешения редакции. При цитировании ссылка на журнал «Журнал естественнонаучных исследований» обязательна. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. САЙТ: http://naukaru.ru/ E-mail: titova_en@infra-m.ru СОДЕРЖАНИЕ Астрофизика Поройков С.Ю. Проявления ударных волн вокруг гало галактик – спутников и высокоскоростных облаков в короне Галактики Технические науки Графский О.А., Часовников Д.Р. Гиперболический параболоид: взаимосвязь аналитического и конструктивного моделирования Назарова Ж. А., Бакановский Д.В. Возможности применения графического редактора «КОМПАС-3D» при изучении дисциплин геометрографического цикла Никишина И.А. Возможности системы автоматизированного проектирования nanoCAD при решении задач начертательной геометрии Базарова Е.В. КОМПАС-3D как инструмент визуализации решения задач начертательной геометрии
Проявления ударных волн вокруг гало галактик – спутников и высокоскоростных облаков в короне Галактики Manifestations of shock waves around the halos of satellite galaxies and high-velocity clouds in the Galactic corona Поройков С.Ю. Канд. физ-мат. наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», г. Москва e-mail: sporoykov@mail.ru Poroykov S.Yu. Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Lomonosov Moscow State University", Moscow e-mail: sporoykov@mail.ru Аннотация УФ линии поглощения в спектрах квазаров в короне галактики Андромеда показывают, что в пределах ≤0,15 Мпк горячий газ (~3∙105 К) содержит динамичную фракцию теплого газа (~104 К), связанную с ударными волнами (УВ). УВ формируются вокруг гало галактик – спутников размером ≤15 кпк и образуемых ими высокоскоростных облаков размером 2 – 15 кпк суммарной массой ~7∙109 М○, оседающих в Галактику ~109 лет, покрывая до 37% неба. Суммарная мощность УВ ~2∙1042 эрг/с излучается в виде УФ, рентгеновского и γ-излучения, а также космических лучей, электроны в которых (≥100 МэВ) тормозит магнитное поле МГД турбулентностей УВ 3 – 7 мкГс, образуя ГГЦ синхротронное радиоизлучение. Субкосмические лучи (электроны ≤100 кэВ) могут нагревать корональный газ (излучающий в области ~0,3 кэВ) и формировать тормозное излучение в области ~30 кэВ. Данные виды излучения в эпоху оседания мелких галактик в коронах более крупных при z ~ 0,45 ± 0,15 могут вносить вклад в фоновое космическое излучение с суммарной плотностью энергии ~10-4 эВ/см3. Ключевые слова: короны галактик, высокоскоростные облака, ударные волны в плазме. Abstract UV absorption lines in the spectra of quasars in the corona of the Andromeda galaxy show that within ≤0.15 Mpc the hot gas (~3∙105 K) contains a dynamic fraction of warm gas (~104 K) associated with shock waves (SW). SW are formed around the halos of satellite galaxies ≤15 kpc in size and the high-velocity clouds they form, 2–15 kpc in size, with a total mass of ~7∙109 М○, settling into the Galaxy in ~109 years, covering up to 37% of the sky. The total power of the SW of ~2∙1042 erg/s is emitted in the form of UV, X-ray and gamma radiation, as well as cosmic rays, the electrons in which (≥100 MeV) are braked by the magnetic field of MHD turbulences of the SW of 3 – 7 μG, forming GHz synchrotron radio emission. Subcosmic rays (electrons ≤100 keV) can heat the coronal gas (emitting at ~0.3 keV) and form bremsstrahlung in the region of ~30 keV. These types of radiation from the era of settling of small galaxies in the coronas of larger ones at z ~ 0.45 ± 0.15 can contribute to the background cosmic radiation with a total energy density of ~10-4 eV/cm3
Keywords: galactic coronas, high-velocity clouds, plasma shock waves. Введение В короне Галактики (КГ) присутствуют галактики – спутники, как карликовые галактики массой ≤107 М○ (М○ – масса Солнца) [1, с. 389], так и средние галактики массой до ≤1010 М○ суммарной массой ~2∙1010 М○ [2, с. 1224], которые постепенно разрушаются в межгалактической среде материнской Галактики [3]. Разрушение галактик – спутников происходит за счет приливных сил и может коррелировать со вспышками звездообразования, приводящими к образованию звездных потоков [4]. По состоянию на 2023 г. в КГ выявлено ок. 60 карликовых галактик и более 30 звездных потоков. В звездных потоках 104 – 108 звезд [5]. Газ в гало галактик – спутников формирует высокоскоростные облака (ВСО) атомарного водорода (проявляющиеся в радиолинии водорода 21 см) суммарной массой ~7∙109 М○ [6] размером 2 – 15 кпк, движущиеся со скоростью v ~ 90 ± 20 км/с [6]; [7], сравнимой со скоростью звука в корональном газе а ~ 70 км/с (§ 1), чему соответствует число Маха М = v/а ~ 1, при котором аэродинамическое сопротивление максимально, что обусловлено переходом к турбулентному режиму течения [1, с. 165], т.е. ударные волны ВСО в корональном газе могут порождать турбулентности. Турбулентности также могут возникать в «хвосте» ударных волн, образующихся вокруг газовых гало (корон) галактик – спутников, движущихся в газе КГ. Кинетическая энергия магнитодинамических (МГД) турбулентностей трансформируется в энергию магнитного поля (МП) с индукцией 3 – 7 мкГс (§ 1). Рассеяние электронов космических лучей (КЛ) МП МГД-турбулентностей может генерировать синхротронное радиоизлучение в области максимума спектра 0,25 – 0,6 ГГц (0,5 – 1 м). Сравнимые параметры 0,1 – 1 ГГц имеет синхротронное радиоизлучение протяженных источников в радио-гало масштаба ~2 Мпк [8], обусловленное торможением релятивистских электронов в МП ~1 мкГс [9] (§ 1). Ударные волны в КГ также связываются с остатками сверхновых, присутствие которых обосновывается присутствием в межгалактическом газе тяжелых элементов (ТЭ) [10]. Вместе с тем, источником ТЭ в КГ также могут являться планетарные туманности, возникающие в процессе эволюции звезд массой 0,8 – 5 М○. Так, старые звезды и планетарные туманности относятся к типичному населению гало [1, с. 387]. Микролинзирование выявило в КГ объекты массой 0,15 – 0,9 М○ [11], что соответствует массе старых звезд низкой светимости, включая красные карлики массой 0,15 – 0,5 М○ и белые карлики массой 0,6 – 0,9 М○ суммарной массой ~1011 М○ [12], что позволяет объяснить обилие ТЭ в КГ (§ 6). Исходя из суммарной массы ВСО ~7∙109 М○ [6] при их оседании в Галактику может выделяться значительная гравитационная энергия ~1060 эрг, трансформирующаяся в энергию ударных волн. Ударные волны ВСО в КГ могут ускорять КЛ мощностью ~2∙1042 эрг/с, а также субкосмические лучи ≤100 кэВ мощностью ~1042 эрг/с, способные нагревать газ в КГ, образующий тепловой спектр излучения в области ~0,3 кэВ, а также формировать тормозное излучение (электронов) с экстремумом в области ~30 кэВ (§ 8). Ударные волны ВСО в КГ могут ускорять КЛ, проявляющиеся в синхротронном радиоизлучении, и формировать широкий спектр излучения от оптического до γ-диапазона. Мощности излучения ударных волн в КГ достаточно для формирования фонового космического излучения (ФКИ) в соответствующих диапазонах. Так, оседание небольших галактик в коронах более крупных может коррелировать с формированием скоплений галактик в эпоху z ≤ 1, что совпадает с разогревом электронного газа в КГ при z ≤ 1, проявляющимся в эффекте Зельдовича – Сюняева. При этом излучение КГ в пределах красного смещения z ≥ 0,3 способно формировать изотропное излучение, присущее ФКИ [12] (§ 9).
Излучение теплого газа (~104 К) в области ударных волн в КГ в эпоху оседания мелких галактик в коронах более крупных при z ~ 0,45 может вносить вклад в ФКИ в УФ диапазоне с плотностью энергии ~10-4 эВ/см3. Ударные волны ВСО в КГ, ускоряющие КЛ, тормозимые МП, могут формировать радиоизлучение в области ≥0,7 м с плотностью энергии ~10-7 эВ/см3; при рассеянии КЛ частицами межгалактического газа КГ – рентгеновское излучение с плотностью энергии ~3∙10-5 эВ/см3 и γ-излучение с плотностью энергии ~10-5 эВ/см3 (§ 9). 1. Магнитное поле МГД-турбулентностей в космической плазме МП галактик (проявляющееся в синхротронном излучении) связано с динамикой межзвездного газа [13, с. 681] и ударными волнами в нем [13, с. 682]. В межгалактической среде наблюдаются источники синхротронного радиоизлучения, обусловленные турбулентными процессами и ударными волнами, возникающими в космической плазме. Например, обнаружено синхротронное радиоизлучение на частоте 0,14 ГГц от полосы межгалактической плазмы (радио-гребня) плотностью ~3∙10-3 см-3 в МП ~10-6 Гс между двумя сближающимися скоплениями галактик Abell 0399 и Abell 0401, которые разделяют 3 Мпк [9]. В скоплении галактик Abell 523 находится протяженный диффузный синхротронный источник размером ~1,8 Мпк, излучающий в области 0,14 – 1,4 ГГц, классифицируемый как радио-гало. Наиболее мощные и протяженные радио-гало находятся в массивных и ярких рентгеновских скоплениях и демонстрируют корреляцию между излучением радио-гало, а также рентгеновской светимостью внутрикластерной среды и массой скопления галактик [8]. По современным представлениям формирование радио-гало скоплений галактик обусловлено турбулентными процессами и ударными волнами, возникающими в межгалактической плазме при слиянии скоплений галактик [8]. Синхротронное излучение обусловлено торможением релятивистских электронов в МП источников внутри межгалактической плазмы. В процессе самоорганизации в плазме с магнитодинамической (МГД) турбулентностью генерируется МП, вмороженное с поток газа, что объясняется теорией Тейлора. В идеальной сверхпроводящей плазме сохраняются энергия и спиральность МП; топология магнитных силовых линий может изменяться в процессе их пересоединения [14, с. 168], ускоряющего космические лучи (КЛ) [13, с. 474]. МГД течения характерны для космической плазмы (в т.ч. межгалактической). Как МГД турбулентность плазмы можно рассматривать движение межзвездных облаков и остатки оболочек сверхновых [14, с. 184]. В разреженной плазме распространяются бесстолкновительные ударные волны; такая плазма избавляется от неравновесности путем возбуждения электромагнитных колебаний и волн, что приводит тому, что мощность излучения космических объектов, содержащих бесстолкновительную плазму, намного превосходит мощность равновесного излучения; кроме того, плазма становится турбулентной [13, с. 470]. Скорость движения ВСО в КГ v ~ 90 ± 20 км/с [6]; [7] сравнима со скоростью звука а ~ 70 км/с (1) в корональном газе, чему соответствует число Маха М = v/а ~ 1. Сравнимая скорость ~100 км/с у ударных волн старых остатков вспышек сверхновых (ОВС). При М ~ 1 аэродинамическое сопротивление максимально (волновой кризис), что обусловлено переходом от ламинарного режима обтекания к турбулентному [1, с. 165], т.е. ударные волны ВСО и ОВС в корональном газе могут порождать турбулентности, в которых возникает МП. Скорость звука в газе а = (γр/ρ)1/2 обусловлена его плотностью ρ и давлением р [15, с. 546]. С учетом уравнения состояния идеального газа р = nkТ [1, с. 377] скорость звука в водороде (ρ = nmp) представима в виде: а = (γkТ/mp)1/2, (1)
где γ – показатель адиабаты; k – постоянная Больцмана; Т – температура газа; mp – масса протона. Для одноатомного газа (ионизованного водорода) γ = 5/3 [1, с. 25]. В КГ температура газа Т ~ 5∙105 К [2, с. 1217]; [16, с. 101]. Скорость звука в корональном газе а ≈ 70 км/с. Оценим МП, образуемое в оболочке ВСО при оседании в Галактику. В турбулентностях плазмы плотность энергии МП ωм = В2/2μо сравнима с плотностью кинетической энергии ионизованного газа ε = ρv2/2 [14, с. 177]. В общем случае, с учетом аэродинамического сопротивления среды ε = каρv2/2. С учетом ρ = nmp плотность энергии МП в оболочке ВСО: ωм = каnmpv2/2, (2) где v – скорость газа; ка – коэффициент аэродинамического сопротивления. При М ~ 1 аэродинамическое сопротивление максимально [1, с. 165], чему для ударной волны может соответствовать ка ~ 2 [17, с. 12]. В КГ n ~ 3∙10-3 см-3 [2, с. 1217]; [16, с. 101]. Плотность энергии магнитного поля в оболочке ВСО ωм ≈ 0,2 – 0,3 эВ/см3. Начальная скорость ВСО в период его формирования в окрестности галактики – спутника v ≤ 500 км/с [6] может превышать первую космическую скорость для КГ ~300 км/с (§ 7), что соответствует числу Маха М = v/а ≤ 6. При высоких числах Маха аэродинамическое сопротивление газа снижается [1, с. 165], чему может соответствовать ка ~ 1. Плотность энергии магнитного поля в ударной волне вокруг галактики – спутника, а также на поверхности ВСО в период их формирования ωм ≈ 0,5 – 0,8 эВ/см3. Для сравнения, плотность кинетической энергии турбулентностей межзвездного газа в Галактике сравнима с плотностью энергии МП [13, с. 681] и КЛ ~1 эВ/см3 [13, с. 471], что сопоставимо по величине. Оценим индукцию МП в оболочке ВСО: В = v(каμоmpn)1/2, (3) где μо – магнитная постоянная. При v ~ 90 ± 20 км/с [6]; [7]; ка ~ 2; n ~ 3∙10-3 см-3 в КГ магнитное поле в оболочке ВСО В ≈ 3 ± 0,6 мкГс, что сравнимо с МП Галактики 2 – 3 мкГс [13, с. 682]; 2,2 ± 0,4 мкГс [15, с. 181]. Начальная скорость ВСО в период формирования v ≤ 500 км/с [6]. При ка ~ 1 в КГ магнитное поле в ударной волне в окрестности галактики спутника В ≈ 7 ± 1 мкГс. В чрезвычайно разреженной космической плазме возможно распространение бесстолкновительных ударных волн [14, с. 210]. Масштаб ширины бесстолкновительных ударных волн: d = с/ωл, (4) где с – скорость света; ωл – плазменная (ленгмюровская) частота [14, с. 210]. Частота ленгмюровских волн в плазме: ωл = (4πnee2/εоme)1/2, (5) где me, е – масса и заряд электрона; ne – концентрация электронов [1, с. 328]; εо – электрическая постоянная. В КГ n ~ 3∙10-3 см-3 [2, с. 1217]; [16, с. 101]. В ударных волнах в плазме концентрация электронов слабо меняется (в отличие от концентрации ионов) [14, с. 209], т.е. ne ≈ n. Плазменная частота ωл ≈ 10 кГц. Согласно (4) ширина ударных волн в корональном газе d ≈ 30 км. Ударные волны в плазме ускоряют КЛ; при этом МП турбулентностей тормозит ультрарелятивистские электроны с образованием синхротронного излучения. Частота синхротронного излучения: νс = (3еН/4πmс)(Е/mс2)2, (6)
где Н – напряженность магнитного поля; Е – энергия частиц [15, с. 533]. Частота синхротронного излучения в области максимума спектра [15, с. 533]: νs = 0,29νс = 4,6∙10-6НЕ2[эВ]. (7) Энергия КЛ в области максимума энергетического спектра Е ~ 0,4 ± 0,1 ГэВ [13, с. 472], в т.ч. ультрарелятивистских электронов [2, с. 1176]. Индукция МП в МГД турбулентностях вокруг ВСО В ~ (3 – 7)∙10-6 Гс (3) соответствует напряженности поля Н ~ (3 – 7)∙10-6 Э. Частота синхротронного излучения ВСО в области максимума спектра νs ≈ 0,25 – 0,6 ГГц соответствует длине волны λ = с/νs ≈ 0,5 – 1 м. Сравнимые параметры имеет синхротронное радиоизлучение протяженных источников в радио-гало масштаба ~2 Мпк в диапазоне 0,1 – 1 ГГц [8] обусловленное торможением релятивистских электронов в МП ~10-6 Гс [9]. Оценка (7) соответствует диапазону излучения протяженных радиоисточников в коронах радиогалактик 0,1 – 10 ГГц синхротронной природы [15, с. 214], а также связываемого с ним ФКИ в области ≥0,5 м [14, с. 336] (§ 9). 1. Высокоскоростные облака в короне Галактики Высокоскоростные облака (ВСО) (high-velocity clouds, HVC) – облака теплого газа с температурой ~104 К массой ≤107 М○ суммарной массой 7∙107 М○ (без учета Магеллановых Облаков) размером 2 – 15 кпк, которые покрывают ~15% небесной сферы (Рис. 1) исходя из обзора неба Full Sky HI4PI Survey [7]. Самое крупное газовое облако – Магелланов Поток шириной ~10 кпк протяженностью ≤100 кпк имеет массу 7∙108 М○ [18]. Рис. 1. Карта высокоскоростных облаков в короне Млечного Пути На рис. 1 представлена карта ВСО Галактики [7], основанная на обзоре неба Full Sky HI4PI Survey и на данных радиотелескопа Effelsberg. По оценке на основе обновленного каталога Galactic All Sky Survey (GASS) суммарная масса ВСО достигает Σmv ~ 7∙109 М○ (предполагается, что большинство ВСО рождено Магеллановыми облаками) [6]. С учетом мелких облаков ВСО покрывают ок. 37% неба [19]. Для сравнения, в соседней галактике М31 (Андромеда) динамичная фракция теплого газа, связываемая с ударными волнами (в т.ч. коррелирующая с галактиками – спутниками) покрывает значительную часть небесной сферы в пределах радиуса КГ ~0,15 Мпк [10].
Облака газа обнаруживаются в радиолинии атомарного водорода 21 см. Ширина спектральных линий большинства облаков указывает на их температуру 9000 К; в областях конденсаций температура 500 К. Внешняя поверхность ВСО ионизована внешним излучением и ударной волной, образующейся при движении в корональном газе. Ионизованная компонента газа проявляется в УФ линиях поглощения ионов OVI, SiIV и CIV. Поскольку ВСО населяют галактические короны, их оболочки из теплого газа могут формировать УФ излучение в окрестности гало. Так, у 30% близких спиральных галактик обнаружено протяженное гало УФ излучения на расстояниях до нескольких оптических радиусов от центра [20]. ВСО движутся по хаотически ориентированным орбитам с лучевой скоростью 70 – 90 км/с [7]; по другим оценкам 90 – 100 км/с [6], что существенно меньше орбитальной скорости в гало (короне) Галактики ~300 км/с (38) и обусловлено торможением встречным потоком газа (§ 4). ВСО оседают в диске Галактики, внося вклад в звездообразование [19]. ВСО различаются обилием тяжелых элементов. Химический состав некоторых ВСО сравним с химическим составим окружающих звезд; облака низкой металличности рассматриваются как остатки газа галактик – спутников. Рис. 2. Облако Смита (2008, телескоп Green Bank) Крупные ВСО часто состоят из множества более мелких комплексов, что иллюстрирует рис. 2. На рис. 2 представлено облако Смита размером 3 кпк в длину и 1 кпк в ширину, содержащее атомарный водород массой ~106 М○. Данное облако движется со скоростью 73 ± 26 км/с на удалении 12 ± 1 кпк от Земли; через 30 млн. лет оно столкнется с диском Млечного Пути под углом 45°, вызвав всплеск звездообразования [21]. Предполагается, что ранее облако Смита уже испытало столкновение с диском Галактики. 3. Вклад высокоскоростных облаков в процесс звездообразования Столкновение ВСО с диском Галактики может вызывать всплеск звездообразования [19]; [21]. Звездообразование в Галактике носит очаговый характер в пределах областей размером 0,5 кпк [15, с. 648], сравнимым с размером облака Смита 1 кпк [21] и может быть вызвано падением ВСО.
Соотнесем суммарную массу газа ВСО с массой газа в гало (коронах) галактик – спутников и скоростью звездообразования в Галактике. Масса газа в гало галактик – спутников: ΣМg = Σmvtз/tv, (8) где Σmv – суммарная масса ВСО; tv – время их оседания в Галактику; tз – период захвата галактик – спутников. Время оседания ВСО в Галактику из ее короны: tv = R/υ, (9) где υ – скорость ВСО; R – средняя удаленность галактик – спутников. При лучевой скорости ВСО υ ~ 90 ± 20 км/с [6]; [7] и удаленности Магеллановых Облаков (образующих большинство ВСО) [7] R ~ 50 – 70 кпк [2, с. 1224] время оседания ВСО в Галактику tv ≈ (7 ± 2)∙108 лет. Захват галактик – спутников гравитацией корон более крупных галактик может коррелировать с временем образования скоплений галактик, происходившим в эпоху z ≤ 1 [15, с. 545] (§ 9), т.е. tз ~ 1010 лет. При Σmv ~ 7∙109 М○ [6]; tv ~ (7 ± 2)∙108 лет (9) согласно (8) масса газа в гало (коронах) галактик – спутников ΣМg ≈ 1011 М○, что сравнимо с массой газа в горячей короне Большого Магелланова Облака (БМО) ~1011 М○ [22]. Превышение массы газа над массой звезд в галактиках – спутниках: η = ΣМg/ΣМs, (10) где ΣМs, ΣМg – суммарная масса звезд и газа в гало галактиках – спутниках. ΣМs ~ 2∙1010 М○ [2, с. 1224]. При ΣМg ~ 1011 М○ (8) коэффициент η ≈ 5, что сравнимо с известным соотношением долей барионов в межзвездном газе и галактиках – до 4 : 1 [17, с. 81], рассчитанном без учета массы газа во внешней КГ (обедненной ТЭ) радиусом >0,1 Мпк, проявляющейся в линиях поглощения в спектрах квазаров [10]. Скорость потери газа гало (коронами) галактик – спутников: Yv = Σmv/tv, (11) где tv – время оседания ВСО в Галактику. При Σmv ~ 7∙109 М○ [6]; tv ~ (7 ± 2)∙108 лет (9) скорость потери газа гало (корон) галактик – спутников Yv ≈ 10 ± 2 М○ год-1 (преимущественно Магеллановыми Облаками). Время исчерпания газа в гало (коронах) галактик – спутников: t = Мгη/Yδг, (12) где Мг – масса галактики – спутника; δг – ее весовой вклад в суммарную массу галактик – спутников; η – превышение массы газа над массой звезд. Масса БМО Мг ~ 1,4∙1010 М○ [2, с. 1224]. Параметр δг = Мг/ΣМs = 0,7 для ΣМs ~ 2∙1010 М○ [2, с. 1224]. При η ~ 5 (10); Yv ~ 10 ± 2 М○ год-1 (11) время исчерпания газа в гало галактике – спутнике t ≈ 10 ± 2 млрд. лет сравнимо с возрастом галактик ≥10 млрд. лет [1, с. 387]. Оценим скорость звездообразования исходя из числа звезд в Галактике Ns ~ 1011 [1, с. 386], среди которых наиболее распространены звезды массой ≤0,8 М○ [13, с. 489]. При возрасте галактик tг ≥ 1010 лет средняя скорость звездообразования Ys = NsМ○/tг ≈ 8 М○ год-1, что сравнимо со скоростью потери газа галактиками – спутниками Yv ≈ 10 ± 2 М○ год-1 (11), т.е. подтверждает связь между ВСО и звездообразованием в Галактике. Максимальная скорость звездообразования достигалась в начале существования галактик; в современной Галактике ежегодно образуется несколько звезд массой ~М○ [13, с. 68], что в несколько раз меньше оценок Ys и Yv и может указывать на то, что часть газа ВСО
испаряется в КГ. Так, динамическое давление встречного потока коронального газа может «обдирать» газ из оболочки ВСО (§ 4). Из соотношения Ys = Yv(1 - δн) из (11) следует оценка доли газа ВСО, испаряющегося в процессе оседания в Галактику из ее короны: δн =1 - tvYs/Σmv, (13) где Ys – скорость звездообразования в Галактике; δн – доля газа ВСО, испаряющегося в короне Галактики. При Σmv ~ 7∙109 М○ [6]; tv ~ 7∙108 лет (9); Ys ~ 2 – 3 М○ год-1 [13, с. 68] доля газа ВСО, испаряющегося в короне δн ≈ 0,7 ± 0,07. Оценка (13) является максимальной, т.к. скорость звездообразования может понижать не только испарение части газа ВСО, но и испарение части межзвездного газа Галактики в ее гало за счет нагрева субкосмическими лучами, которые, в т.ч., могут генерировать ударные волны ВСО. Так, субкосмические лучи нагревают межзвездный газ [17, с. 86]. На рост температуры коронального газа с эпохи z ≤ 1 указывает эффект Зельдовича – Сюняева (§ 8). Напомним, что приведенные оценки рассчитаны исходя из суммарной массы ВСО ~7∙109 М○ на основе каталога Galactic All Sky Survey [6]. Исходя из обзора неба Full Sky HI4PI Survey (с учетом массы Магелланова Потока) суммарная масса газа ВСО ~7∙108 М○ [7] на порядок меньше. Скорость звездообразования в Галактике ограничивает суммарную массу оседающих ВСО, что позволяет предложить независимую оценку. Так, при Ys ~ 2 – 3 М○ год-1 из (11) следует ограничение Σmv = Yvtv ≥ 2∙109 М○ при δн ≥ 0 согласно (13). Из чего следует, что оценка [6] может оказаться завышена в несколько раз; соответственно, оценка [7] – в несколько раз занижена. 4. Динамика торможения высокоскоростных облаков ВСО размером 2 – 15 кпк [7] может образовывать газ, нагребенный ударной волной вокруг гало галактик – спутников размером ≤15 кпк, движущихся в корональном газе (§ 2). Оценим равновесную скорость, достигаемую при оседании ВСО в Галактику из ее гало (короны) в условиях равновесия силы гравитации Fg = GМгmv/Rг2 и динамического давления потока коронального газа Fd = каSρυ2, где S = πrv2; ρ = nmр. Скорость оседания ВСО: υ = (1/rvRг)(GМгmv/πmрnка)1/2, (14) где G – гравитационная постоянная; Мг, Rг – масса и радиус Галактики с учетом гало (короны) в пределах удаленности ВСО; mv, rv – масса и радиус ВСО; n – концентрация газа. Поскольку скорость ВСО сравнима со скоростью звука в корональном газе, т.е. аэродинамическое сопротивление максимально при ка ~ 2 (§ 1). Оценим скорость ВСО в гало. Мг ~ 2∙1011 М○ [1, с. 389]; радиус сферического гало Rг ~ 15 кпк [1, с. 387]; концентрация газа гало n ~ 10-2 см-3 [17, с. 85]. Для ВСО Смита mv ~ 106 М○; r ~ 0,5 кпк [21]. Равновесная скорость ВСО в гало υ ≈ 100 км/с. Лучевая скорость облака Смита v ~ 73 ± 26 км/с, движущегося в гало под углом θ ~ 45° к диску Галактики [21], соответствует полной скорости υ = v/sin θ ≈ 100 км/с, что сравнимо с оценкой (14). Оценим скорость ВСО в КГ. Вириальная масса гало (корон) галактик пропорциональна их радиусу Мк ≈ МгRк/Rг [1, с. 342]. На удалении Магеллановых облаков Rк ~ 60 ± 10 кпк [2, с. 1224] Мк ≈ 8∙1011 М○. Концентрация коронального газа n ~ 3∙10-3 см-3 [16, с. 101]. Равновесная скорость ВСО в короне υ ≈ 100 км/с, что сравнимо с оценкой для гало (14), а также наблюдаемой лучевой скоростью других ВСО 90 – 100 км/с [6]. ВСО могут формироваться в «хвосте» ударной волны, образуемой гало (короной) галактики – спутника, движущейся в корональном газе со скоростью, сравнимой с орбитальной. Так, например, Магелланово Облако имеет газовую корону [22]. Данный
участок траектории может быть сравним с длиной газового турбулентного «хвоста» ударных волн. В случае БМО радиус гало 15 кпк; газовый хвост ~100 кпк (Магелланов Поток). Радиус молодого ВСО достигает сравнимой величины r ≤ 7 кпк. В газовом «хвосте» галактики – спутника ВСО могут двигаться в общем потоке газа, увлекаемого ударной волной. При выпадении из потока молодые ВСО могут быстро тормозиться. Для молодого ВСО радиусом r ≤ 7 кпк массой mv ≤ 107 М○ [7] согласно (14) равновесная скорость в КГ υ ≈ 100 км/с. Оценим время торможения газового облака за счет динамического давления коронального газа. ВСО обладает импульсом mvυ, т.е. силе динамического давления коронального газа Fd = каSρυ2 (где S = πr2; ρ = nmр) противостоит сила инерционного торможения Fi = mvυ/Δt. Время торможения газового облака, движущегося в корональном газе: Δt = mv/каπmрnυr2, (15) где mv, r – масса и радиус облака. Начальная скорость ВСО, образованного в окрестности галактики – спутника, может соответствовать числу Маха М ~ 6 при ка ~ 1 (§ 1). Для облака, чья параметры сравнимы с ВСО Смита (mv ~ 106 М○, r ~ 0,5 кпк [21]) в КГ n ~ 3∙10-3 см-3 [16, с. 101] при движении по круговой орбите время торможения Δt ≈ 5∙107 лет. В условиях зависимости Δt ~ 1/υ (15) за время оседания ВСО в Галактику tv ~ 109 лет (9) облако может затормозить до скорости (горизонтальной) v = υΔt/tv ≈ 20 км/с, что в 5 раз меньше радиальной скорости ВСО ~100 км/с (14). Тем самым, ВСО могут оседать в Галактику из короны по спиральной траектории. Угол наклона траектории ВСО (относительно радиального вектора) tg θ = v/υ ≈ 0,2 (θ ~ 11°). При удалении Магеллановых Облаков Rк ~ 60 кпк ВСО могут пролетать на среднем расстоянии от центра Галактики R = Rк tg θ ≈ 10 кпк, что сравнимо с радиусом диска Галактики 15 кпк [1, с. 387], т.е. ВСО могут пролетать через диск Галактики, что подтверждает траектория облака Смита (§ 2), способствуя звездообразованию в нем. Так, при прохождении спирального рукава ВСО деформируются и теряют значительную часть массы; маломассивные облака разрушаются [23]. При этом скорость ВСО снижается, и их спиральная траектория стягивается к центру. Максимальная интенсивность звездообразования наблюдается в диске Галактики в пределах кольца радиусом 4 – 8 кпк [1, с. 389], что меньше среднего расстояния первого пролета ВСО от центра Галактики ~10 кпк согласно предыдущей оценке. Оседание ВСО в Галактику, с одной стороны, сопряжено с нагребанием газа ударной волной. С другой стороны, встречный поток газа, обтекая ВСО, уносит часть его вещества в хвост ударной волны, что иллюстрирует вытянутая форма облака Смита (Рис. 2). Первый процесс увеличивает массу ВСО; второй снижает. Оценим динамику данных факторов. Масса вещества, нагребенного ударной волной эффективной площадью S = кsπr2 во фронте ВСО, оседающего в КГ по спиральной траектории: М = πmpnкsr2R/cos θ, (16) где R – исходная удаленность ВСО; θ – угол наклона траектории ВСО к вертикали; кs – параметр эффективной площади нагребания вещества. Параметр эффективной площади нагребания вещества зависит от аэродинамического сопротивления тела; в первом приближении кs ~ 1. Рассмотрим ВСО, сравнимое с облаком Смита радиусом r ~ 0,5 кпк [21] при изначальной удаленности, как у Магеллановых Облаков R ~ 60 кпк [2, с. 1224]. Концентрация коронального газа n ~ 3∙10-3 см-3 [16, с. 101]. При cos θ ≈ 0,98 (θ ~ 11° по предыдущей оценке) масса нагребенного вещества М ≈ 2∙106 М○, что сравнимо с массой облака Смита