A view of shocks and time-scales in galactic wind-cloud models

Abstract

Los modelos de viento-nube han sido esenciales para comprender los procesos a pequeña escala que ocurren en los vientos galácticos. Durante estas interacciones se generan ondas de choque. Algunas ondas de choque emergen en el medio ambiente y otras son internas a la nube. Los choques internos pueden comprimir el gas en escalas de tiempo del orden del llamado tiempo de aplastamiento de la nube. Esta escala de tiempo indica cuánto tarda la onda de choque en atravesar la nube y se utiliza para normalizar los tiempos de simulación. La definición matemática de esta cantidad se basa en consideraciones analíticas de las presiones involucradas en la interacción viento-nube, pero a menudo difiere de las escalas de tiempo calculadas numéricamente. Esto ocurre particularmente cuando se consideran geometrías de nubes no uniformes o fractales. Esta tesis investiga el impacto del tamaño de la nube y la distribución inicial de densidad en los sistemas viento-nube, las estructuras de choque y las escalas de tiempo de disrupción de la nube utilizando simulaciones hidrodinámicas 3D y un novedoso algoritmo de seguimiento de choques. Consideramos nubes con diferentes tamaños y distribuciones de densidad con bordes agudos y suaves. Usando nuestra nueva rutina de detección de choques, pudimos rastrear efectivamente las células de choque internas y la célula de nube densa más alejada. Nuestros resultados confirman que la ecuación de Jones proporciona una mejor aproximación en comparación con la aproximación de Klein, con una diferencia de solo 0.33% respecto a las simulaciones numéricas para nubes completamente esféricas. Sin embargo, para nubes con una distribución de densidad no uniforme, como nubes con bordes suaves, esta aproximación analítica no se ajusta adecuadamente, con diferencias del 30.9%. Por lo tanto, proporcionamos una versión modificada de la ecuación de Jones, que tiene en cuenta la densidad promedio volumétrica media de la nube y proporciona una mejor aproximación al resultado obtenido numéricamente, con una diferencia de solo 4.59%. En general, nuestro estudio ayuda a comprender las interacciones viento-nube y proporciona un marco numérico para rastrear choques y calcular el tiempo de aplastamiento de la nube, que puede adaptarse a otras geometrías de nube.