Зеркальная неустойчивость, подавление бетатронного ускорения пыли за фронтами ударных волн и проблема ее разрушения

M – масса оболочки сверхновой, частота вспышек d Оценка эффективности разрушения пыли = 0.4

Противоречия 1. Скорость поступления пыли в межзвездную среду (G. Wallerstein, G.R. Knapp. Ann. Rev. Astron. Astrophys., v. 36, p. 369 (1998)): Время воспроизводства Вся пыль будет разрушена ударными волнами 2. Степень истощения тяжелых элементов (Fe, Ca, Ti) в газовой фазе: 90% в разреженной среде 99% % в плотной среде Разрушение пылинок и переход тяжелых элементов в газовую фазу должно быть существенно более медленным, чем обрат- ный процесс их образования и конденсации элементов на пыли:

Возможные объяснения Пыль концентрируется в молекулярных облаках, где скорость ударной волны понижается ниже критической для ее разрушения Разрушение пыли происходит только в диффузном межоблачном веществе Темп разрушения пыли Тогда Истощение дейтерия в газовой фазе в окрестности Солнца: интервал между вспышками сверхновых на порядок меньше времени вымерзания дейтерия (D. Bretschwerdt, M.A. de Avillez. Astron. Astrophys., 452, L1 (2006)) Нынешние оценки разрушения пыли ударными волнами значительно завышены

Плазменный механизм подавления разрушения пыли Традиционный подход к проблеме разрушения: пересечение пылью фронта ударной волны – спаттеринг – поддержание темпа движения за счет бетатронного ускорения при радиационном охлаждении и сжатии плазмы. Возможная альтернатива: развитие зеркальной неустойчивости и захват пыли в области пустот магнитного поля. Возможность неустойчивости: за фронтом волны плазменно – пылевая среда сохраняет анизотропное состояние длительное время

Зеркальная неустойчивость пылевых частиц Функция распределения пыли за фронтом: Конечное дисперсионное уравнение: отношение плотностей пыли и ионов, малый параметр Для сильных ударных волн плотность энергии плазмы сравнима с плотностью энергии пылевой компоненты:

Качественное пояснение возникновения неустойчивости Картина в системе отсчета фронта волны

Качественное пояснение возникновения неустойчивости

При косом распространении волны возникают структуры в виде «пробок» Вращающиеся пылевые частиц отражаются от областей повышенной напряженности магнитного поля Продольное тепловое движение пыли ничтожно, поэтому вращение всегда сопровождается отражением, захватом частиц в яму магнитного поля и развитием неустойчивости

Анализ дисперсионного уравнения Уравнение является бикубическим и описывает три ветви колебаний Первая ветвь – быстрая магнитозвуковая волна Вторая ветвь – медленная магнитозвуковая волна Третья ветвь – апериодически неустойчивая пылевая мода При уравнение вырождается в биквадратное и описывает БМЗ и ММЗ волны При f = 0 уравнение учитывает наличие пыли в БМЗ и ММЗ волнах

Анализ решений уравнения Зависимость частоты БМЗ волны и инкремента от f 1: При f = 0 фазовая скорость БМЗ волны понижается из-за вклада пыли в массовую плотность плазмы С ростом f фазовая скорость БМЗ волны растет. Пыль дает дополнительный вклад в упругость силовых линий:

Анализ решений уравнения (продолжение) Зависимость частот и инкремента от плазменного 1: f = 10 Фазовая скорость БМЗ волны растет с ростом Инкремент слабо чувствителен к изменениям

Следствия и оценки Развитие неустойчивости приводит к образованию пустот магнит- ного поля и скоплению пыли в этих пустотах. Сохранение адиабатического инварианта приводит к бетатронному торможению и замедлению скорости вращения пыли. Падение скорости вращения сопровождается экспоненциальным уменьшением эффективности разрушения (B.T. Drain, E.E. Salpeter. ApJ, 231, 438 (1979)) Время торможения пылинкидля составляет Время развития неустойчивости порядка обратной частоты волны Верхний предел длины неустойчивой волны можно оценить из условия. Альфвеновская скорость Отсюда Это на три порядка меньше типичного остатка сверхновой