Dada la temperatura, la composición, la densidad de la columna y la velocidad radial, ¿puedo encontrar el flujo total de una nube de gas?

Tenemos una estrella caliente en medio de una nube de gas. Apuntamos un espectrómetro a la estrella, calculando los siguientes atributos de nuestra línea de visión en la estrella a través de la nube:

  • Número total de varios elementos y moléculas (H, H2, C, O, N, CO, muchos iones de todos los anteriores) a lo largo de la línea de visión (las unidades son número/cm^2)
  • Temperatura media de los átomos en nuestra línea de visión
  • Velocidad radial promedio de los átomos en nuestra línea de visión

Todas las velocidades radiales son aproximadamente iguales, por lo que inferimos que la línea de visión es más o menos una sola gota coherente de gas. ¡Bien!

Ahora, la estrella misma que iluminó la línea de visión se mueve a unos 40 km/s hacia nosotros, mientras que el trozo de nube de gas que observamos se mueve a unos 20 km/s de distancia. Además, al comparar la luminosidad de la estrella con la temperatura del gas, concluimos que la nube de gas está a uno o dos años luz de distancia de la estrella.

Dada toda esta información, esta es su tarea: si tomamos otro espectro de la misma línea de visión dentro de diez años, ¿será la misma gota de gas?

Les diré de inmediato que la velocidad radial solo hará que el gas esté 0.002LY más cerca de la estrella, que es mucho menos de lo que necesitamos. Entonces, en otras palabras, dado todo lo anterior, ¿ puedes concluir algo sobre la velocidad transversal de la nube? ¿Puedes decir algo sobre el flujo a granel y determinar si es probable que el gas en nuestra línea de visión se haya movido con respecto a la estrella?

Mi intuición física dice que esperaría que sí, ya que las velocidades radiales son muy diferentes, pero no estoy totalmente seguro: la velocidad radial no implica necesariamente nada sobre la velocidad transversal. ¿O sí?

Si solo va a observar una estrella, tendrá que hacer algunas suposiciones sobre la estructura de la nube si desea vincular la variación de la señal con el movimiento transversal.
@gigacyan Cierto. ¿Cuáles son esos supuestos?
No soy un especialista, pero hay personas que modelan tales nubes de gas y tal vez podrían atribuir su nube de gas a un tipo particular en función de su composición química.
En primer lugar: ¿Cuál es la diferencia entre la composición y el "Número total de varios elementos"? Y entonces no entiendo completamente la pregunta. "Estoy mirando al sol y veo una nube en el medio. ¿Sería la misma nube si miro al sol después de media hora?"
@Kostya Sí, esos son redundantes, editados para corregir. En cuanto a la segunda pregunta, esa es la esencia, pero no es tan trivial como le gustaría pensar. La nube y la estrella se están moviendo. Si se mueven con la misma velocidad, estamos viendo el mismo parche de nube. Incluso si no lo son, es importante saber cuán diferentes son las velocidades. Sabiendo esto, podemos estimar qué tan separadas están las dos medidas en el espacio, no solo en el tiempo; esto resulta ser muy importante para comprender otras propiedades de la nube.

Respuestas (1)

La velocidad radial no puede darnos ninguna información sobre la velocidad transversal directamente. Pero proporciona una pista de que la estrella y el gas no pertenecen al mismo sistema dinámico. Por lo tanto, es poco probable que se queden quietos el uno al otro en el plano 2-D proyectado. Si el movimiento transversal comparativo está al mismo nivel de velocidad radial, 60 km/s por ejemplo, después de 10 años, la masa de gas se moverá 60 / 3 mi + 5 ∗ 10 = 0.018 yo y , que es 20 veces más grande que la órbita de Plutón (0,00085 al como máximo). Es una pequeña escala para un gas a granel. Pero puede ser lo suficientemente grande como para que cambie la densidad de la columna de los elementos (debido a la distribución de los elementos y al efecto de proyección). Se pueden observar ligeros cambios de forma de algunas líneas de absorción. Pero como menciona gigacyan, con una sola estrella es realmente difícil obtener la dirección y la velocidad del movimiento transversal. Si hace alguna suposición, como tomar la mayor parte como una esfera, entonces puede explorar algo.

Además, tanto la estrella como el gas a granel no están aislados en el espacio, hay limitaciones de velocidad debido a su posición en la galaxia, en el disco, en el bulto o halo, etc. Puede dar algunas estimaciones razonables en base a esto.

Buena respuesta. Usted dice que es poco probable que permanezcan cerca el uno del otro en el plano proyectado en 2-D. Sin embargo, ¿es posible siquiera estimar cuán improbable? Por lo general, querrá hacer este tipo de cosas calculando el valor esperado de la velocidad mediante la integración sobre alguna distribución de velocidades. ¿Hay alguna distribución que sea aproximadamente válida para este propósito, tal vez?
Segundo comentario: ¿por qué diría que el movimiento transversal es lo mismo que la velocidad radial?
El ejemplo de la velocidad es solo para tener una idea de la posible escala. No te lo tomes en serio. En cuanto a la distribución de la velocidad transversal comparativa, por supuesto que podemos estimar la posibilidad de que la velocidad sea inferior a cierto valor para dos objetos independientes. Pero este caso puede simplificarse por su posición, tomar un valor típico de un objeto cercano puede ser una buena aproximación.
Dada la temperatura, la composición, la densidad de la columna y la velocidad radial, ¿puedo encontrar el flujo total de una nube de gas?
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