A menudo leo acerca de objetos fríos (a saber, nubes frías en el halo galáctico o filamentos fríos que se acumulan en galaxias de alto corrimiento al rojo) que están en equilibrio de presión con el gas ambiental caliente difuso. ¿Qué significa intuitivamente este equilibrio de presión? ¿Que el objeto frío debe tener una densidad suficientemente alta para que no pueda ser destruido por el medio caliente? ¿El medio caliente empuja un objeto frío inicialmente bajo presión y lo obliga a contraerse hasta que alcanza la misma presión?
Pero, ¿no esperaría que inestabilidades hidrodinámicas destruyeran objetos tan fríos a medida que se mueven a través del medio caliente? Por ejemplo, dado que el objeto frío es más denso que el gas caliente que lo rodea, ¿no causaría ese contraste de densidad una inestabilidad de Rayleigh-Taylor y, por lo tanto, haría que la nube fría se hundiera? Y luego, dado que el objeto frío tiene cierta velocidad con respecto al gas caliente, ¿las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz no destrozarían la nube? ¿Bajo qué condiciones se evitarían estas inestabilidades hidrodinámicas para que se mantenga el equilibrio de presión y sobreviva el objeto frío?
El equilibrio de presión significa que la presión del componente caliente y la presión del componente frío son iguales en su interfaz, de modo que ninguno se expande ni se contrae en relación con el otro. La ley de los gases perfectos es , así que presión es proporcional a ambas densidades y temperatura . Una nube fría tiene baja , pero si tiene alta densidad, puede tener la misma presión que una nube caliente de baja densidad.
Implícito en esto está que es un equilibrio más o menos estable , y es relativamente fácil ver cómo podría ser esto. Considere una nube fría (de alta densidad) incrustada en un medio caliente (de baja densidad). Si una fluctuación hace que la nube se encoja, su densidad aumentará, elevando su presión y haciendo que se expanda. O: si la temperatura de la fase caliente aumenta, también lo hará su presión, comprimiendo la nube fría, hasta que el aumento de densidad de esta última (y posiblemente el aumento de temperatura) eleva su presión hasta el punto de equilibrar la presión del medio caliente nuevamente.
En cuanto a las inestabilidades hidrodinámicas: estos no son fenómenos universales, siempre activos. Para una nube densa y fría dentro de un medio caliente, la interfaz tendrá un vector de gravedad que apunta hacia adentro (apuntando hacia el centro de la nube fría y densa). Esto significa que tiene un medio de baja densidad sentado "encima de" un medio de alta densidad, que es lo opuesto a lo que se requiere para la inestabilidad de Rayleigh-Taylor. (Esta es la razón por la cual la interfaz entre la atmósfera de la Tierra y el océano no sufre inestabilidades de Rayleigh-Taylor). Entonces: no hay inestabilidad de Rayleigh-Taylor. (Una nube fría que se "hunde" en un campo gravitacional externo no es un ejemplo de inestabilidad de Rayleigh-Taylor; es un efecto de flotabilidad, como gotas de lluvia que caen a través de una atmósfera).
Probablemente tampoco debería asumir que las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz "triturarán la nube" de manera instantánea o eficiente. Las grandes nubes o corrientes frías pueden ser órdenes de magnitud más densas que el medio caliente y también pueden tener una gravedad propia significativa, que tenderá a resistir la "trituración". (Después de todo, la interacción del viento solar y las atmósferas planetarias en el Sistema Solar puede generar inestabilidades de Kelvin-Helmholtz, pero Venus y la Tierra, sin mencionar a Júpiter, etc., todavía tienen atmósferas significativas).