双宇宙宇宙学 暗物质 物质 天体物理学。4:
联合引力不稳定性。(p2)
- 现象的教具图像。
存在一个经典的 Jeans 不稳定性图像。考虑以下“机器”:
图。 2:一个带有振动板的泡沫床垫,覆盖着小弹丸。
...我们可以用某些平面扬声器制作类似的东西。我们还可以在上面放一块玻璃板,以防止弹丸跳出去。做完这些后,我们可以随意调节这种二维气体的“温度”。它只是与弹丸平均扰动速度的平方成正比。
...在各个方向上扰动弹丸会起到阻止它们在凹陷处聚集的作用。加热这种“气体”会使凹陷消失。但减少弹丸的扰动状态会使它们重新出现。
...需要一定的时间让凹陷形成,弹丸聚集在其中,然后吸引它们的小同伴。弹丸越重或数量越多,凹陷出现得就越快(该现象的二维模拟)。这与凹陷的大小无关,凹陷倾向于形成。
...我们用对应于每平方英寸物质密度 r 克的弹丸覆盖床垫。凹陷将在时间 t 内形成,这取决于该密度。(在天体物理学中,这种吸积时间与物质密度 r 的平方根的倒数成正比。见附录。)
假设一个凹陷的直径为 D。弹丸的扰动速度为 V。因此,它穿过凹陷所需的时间为:
t = D/V。
...这也是弹丸离开这种凹陷所需的时间,或者,如果更喜欢的话,是偶然的物质凝聚通过单纯的热扰动自然消散所需的时间。
...如果这个时间小于凹陷形成的时间 t,凹陷就无法形成。甚至在它开始形成之前,本应用来形成凹陷的弹丸就已经消失,去其他地方形成类似的结构了。因此,对于床垫上给定的弹丸密度 r,以及固定的扰动速度 V,能够形成的凹陷将是满足以下条件的那些:
t < D/V。
这意味着只有直径大于:
V t
的凹陷才能形成。
图。 3:Jeans 引力不稳定性二维模拟。
...这种物质凝聚的直径取决于引力作用(趋向于收缩)和压力作用(趋向于膨胀)之间的平衡。计算表明,当直径非常接近 Jeans 距离时就会发生这种情况。
...现在我们将展示如何模拟联合引力不稳定性。我们需要换一种模型。考虑一个装满水的游泳池。在中等深度处放一个水平的布平面。上面:比水重的球。下面:乒乓球。前一种物体倾向于压在布上,后一种物体则倾向于将其抬起。最初,这两种力相互平衡。我们必须加入由风扇维持的水的湍流,以模拟两侧的热扰动状态。我们将其设为相等(但也可以不同)。
图。 4:联合引力不稳定性二维模拟。 1:形成了一团重球。
...在图 4 中,重球团的形成。但问题是对称的。在某些地方,乒乓球也可以形成自己的团,并将重球推开。见图 5。
图。 5:联合引力不稳定性二维模拟。 2:形成了一团乒乓球。
