Hoy, mi profesor de aerodinámica mencionó que los astrofísicos también pueden aplicar las ecuaciones que estábamos aprendiendo para las ondas de choque atmosféricas para estudiar las ondas de choque relacionadas con los agujeros negros en el espacio.
¿Cómo es esto posible? ¿No está el espacio demasiado enrarecido para las ondas de choque? ¿Qué es una aplicación de ejemplo? Mencionó algo sobre el límite de densidad antes/después de un choque relativista cercano a 6.
El espacio no está vacío, como seguramente habrás escuchado antes. Siempre hay algo entre diferentes cuerpos, como el medio interestelar . También hay regiones más densas del espacio, incluidas las nubes moleculares y las regiones HI/H II. Las ondas de choque pueden formarse en cualquiera de estos lugares y propagarse a través de ellos. Hay varias fuentes comunes diferentes de estas ondas de choque (ver McKee & Hollenbach (1980) ):
Las ondas de choque también se pueden formar a mayor escala (ver Bykov et al. (2008) ), debido a fusiones de galaxias (como se mencionó anteriormente) y la formación de grandes estructuras (por ejemplo, filamentos y supercúmulos de galaxias). Estas ondas de choque "cosmológicas" pueden propagarse a través del medio intergaláctico, el medio intergaláctico o el medio intracúmulo .
Vea aquí algunas otras fuentes menores y velocidades frontales de choque.
Haces una pregunta muy buena y relevante. De hecho, en 1958 HE Petschek escribió un interesante artículo sobre "Disipación aerodinámica" . En ese artículo, planteó la hipótesis de que, en teoría, se podría producir una onda de choque en un medio sin colisiones (como la mayoría de los plasmas en el espacio). Esto fue muy controvertido, ya que el concepto mismo de una onda de choque requiere alguna forma de disipación de energía irreversible para que se forme la estructura. Escribí algunos detalles más aquí y aquí .
Poco después, Paul J. Kellogg predijo la existencia de un arco de choque alrededor de la magnetosfera terrestre . Esto fue confirmado más tarde por algunas de las primeras observaciones de naves espaciales. La controversia que mencioné anteriormente surgió porque un plasma verdaderamente sin colisiones se rige por la ecuación de Vlasov (es decir, solo la ecuación de Boltzmann sin el operador de colisión), que es una ecuación de movimiento reversible en el tiempo en la teoría cinética . Esto es un problema porque la formación de una onda de choque requiere disipación de energía (es decir, generación de entropía y/o irreversibilidad temporal).
Como mencioné aquí , se requiere alguna forma de disipación de energía para detener la inclinación no lineal de las ondas . Originalmente, hubo un debate sobre cómo la ecuación de Vlasov podría proporcionar alguna forma de irreversibilidad . Escribí una respuesta aquí que analiza la irreversibilidad con más detalle. No obstante, las ondas de choque pueden formarse en los plasmas y se rigen por las relaciones de Rankine-Hugoniot .
Generalmente, para que se forme una onda de choque, se necesita un pistón que se mueva a través de un medio más rápido que la velocidad de comunicación relevante. Como ilustré en esta respuesta , hay múltiples velocidades relevantes en los plasmas espaciales. La teoría sugiere que se puede formar una onda de choque de modo lento en los plasmas, pero hay poca evidencia de eso (al menos de lo que yo sepa). La velocidad más relevante es el modo rápido o el modo magnetosónico (Nota: hay descripciones mucho mejores en otros lugares de la web que el enlace de Wikipedia, pero esa fue rápida y fácil). Entonces, el choque de arco aguas arriba de la Tierra es un choque de modo rápido (por lo tanto, el número de Mach se define con la velocidad de fase del modo rápido), como lo son la mayoría de los choques astrofísicos a los que se puede referir.
Voy a adivinar aquí, ya que necesitaría más información para responder correctamente, pero creo que su profesor podría haber estado hablando de un límite asintótico de las relaciones Rankine-Hugoniot para números de Mach altos. En el límite, cuando el número de Mach llega a un número grande, la relación de densidad de compresión a través de un choque hidrodinámico llega a 4 (suponiendo un índice politrópico de 5/3). Se puede hacer un argumento similar para las ondas de choque magnetohidrodinámicas.
La primera pregunta de fondo es "¿qué es un fluido?" y en qué condiciones podemos considerar que tenemos uno. En el momento en que se escribieron los cursos de Feynam (es decir, días de cálculo manual con pocos dígitos ;-) ), se consideró que se necesitaba el espacio y el tiempo de 100 colisiones, es decir, 100 camino libre medio. menos que esto, estás en la mecánica de colisión entre partículas, o física de agregados, o intermedios complicados donde la presión aún no se ha colapsado (es decir, se ha termalizado) en un escalar.
El medio interestelar no es denso, pero tampoco vacío. Objetos como nebulosas o nubes de polvo son ultra grandes. La escala de tiempo considerada también es amplia. Para que puedan adaptarse perfectamente a la condición de los fluidos, con "ondas de sonido", movimientos supersónicos, etc. (La especificidad es que este medio a menudo se ioniza al menos parcialmente, por lo que la mecánica de fluidos no juega sola: también tienes EM, es decir, física del plasma, + autogravedad. ).
tpg2114
HDE 226868