Газопылевые структуры в окрестности рукавов спиральных галактик

Построена двумерная модель течения газопылевой межзвездной среды в окрестности спирального рукава галактики. Рассмотрено течение в вертикальной плоскости, поперечной к плоскости диска. Учтены эффекты неадиабатичности течения (объемные нагрев и охлаждение газа излучением). Баланс нагрева и охлаждения обеспечивает сосуществование двух фаз – холодных парсекового размера облаков атомарного водорода и теплого межоблачного газа. В рассмотрение включена полидисперсная пыль, представленная тремя фракциями частиц разных размеров и масс. Частицы пыли обладают конечной инерцией, их движения не повторяют в точности движение газа. Учтена турбулентность в диске и спиральном рукаве. Рассмотрены модели, в которых используются разные сочетания расположения источников турбулентности в диске и/или рукаве. Основные результаты, полученные методами компьютерного гидродинамического моделирования, следующие: 1) Облака по мере прохождения через спиральный рукав претерпевают существенные трансформации. Значительная часть облаков абсорбируется в тонкий плотный облачный слой, протягивающийся в спиральном рукаве вдоль экваториальной плоскости в окрестности центра рукава и имеющий размер приблизительно в половину ширины рукава. Меньшая часть облаков проходит без разрушения или с частичным разрушением сквозь рукав, испытывая по ходу движения сильные деформации. Мелкомасштабная облачная компонента частично восстанавливается под действием турбулентности, возмущающей протяженный облачный слой внутри рукава и частично разрушающий его на отдельные фрагменты. 2) На задней по отношению к натекающему потоку газа стороне рукава формируется клинообразная галактическая ударная волна, присоединенная к заднему краю протяженного облачного слоя. Течение, ограниченное ударной волной, имеет характер струи, совершающей квазипериодические поперечные колебания. Причиной колебаний, по-видимому, является неустойчивость сдвигового течения, поскольку внутри струи вдоль потока и под небольшим углом к ударным фронтам формируются тангенциальные разрывы. 3) Пылевые частицы увлекаются турбулентными вихрями и выносятся на высоты 150–200 пк над плоскостью диска, что естественным образом объясняет существование хаотических волокнистых пылевых структур, протягивающихся над галактическим диском на высоты в несколько сотен парсек. 4) Пылинки по-разному распределены внутри вихрей. Пылинки размерами в 0,01–0,1 мкм легче кластеризуются, чем более крупные пылинки радиусом 1 мкм. 5) Турбулентность служит механизмом, позволяющим эффективно запирать пылевые частицы на передней стороне спирального рукава. Как показывает моделирование, пылевые прожилки отчетливее выражены на передней стороне рукава.