T h e p h y s i c a l o r i g i n o f l o n g - - PowerPoint PPT Presentation

SLIDE 1

T h e p h y s i c a l

• r

i g i n

• f

l

• n

g g a s d e p l e t i

• n

t i me s i n g a l a x i e s

V a d i m S e me n

• v

A n d r e y K r a v t s

• v

N i c k G n e d i n

( U n i v e r s i t y

• f

C h i c a g

• )

w h y ?

S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 4 . 4 2 3 9 )

SLIDE 2

2 . l

• n

g e r t h a n l

• c

a l d e p l e t i

• n

t i me i n a c t i v e l y s t a r

• f
• r

mi n g r e g i

• n

s :

S t a r f

• r

ma t i

• n

i s s u r p r i s i n g l y i n e f fi c i e n t

→ o r b i t a l p e r i

• d
• f

g a l a x y → g r a v i t a t i

• n

a l c

• l

l a p s e t i me → t u r b u l e n t c r

• s

s i n g t i me

1 . mu c h l

• n

g e r t h a n a n y r e l e v a n t d y n a mi c a l t i me s c a l e :

f e w %

SLIDE 3

S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 6 , A p J 8 2 6 , 2 S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3

H y d r

• d

y n a mi c a l s i mu l a t i

• n

s

• ~

L

*

• s

i z e d i s

• l

a t e d g a l a x y : M

d i s k

~ 4 . 3 x 1

1

M

s u n ,

R

d i s k

~ 3 . 5 k p c , f

g a s

= . 2 ; Δ = 4 p c

• N
• b
• d

y + h y d r

• d

y n a mi c s w i t h A d a p t i v e Me s h R e fi n e me n t A R T c

• d

e

• Z
• d

e p e n d e n t h e a t i n g + c

• l

i n g a n d s e l f

• s

h i e l d i n g c a l i b r a t e d a g a i n s t R T s i mu l a t i

• n

s ( S a f r a n e k

• S

h r a d e r e t a l 2 1 7 )

• S

t a r f

• r

ma t i

• n

f e e d b a c k c a l i b r a t e d a g a i n s t s u p e r n

• v

a r e mn a n t s i mu l a t i

• n

s ( Ma r t i z z i e t a l 2 1 5 )

• S

u b g r i d t u r b u l e n c e mo d e l ( S c h mi d t e t a l 2 1 4 )

T e m p e r a t u r e ( K )

S u b g r i d t u r b u l e n t v e l

• c

i t y ( k m / s )

D e n s i t y ( c m

• 3

)

• S

t a r f

• r

ma t i

• n

r e c i p e mo t i v a t e d b y mo l e c u l a r c l

• u

d s i mu l a t i

• n

s ( P a d

• a

n e t a l 2 1 2 ; s e e a l s

• I
• T

i n g H

• '

s t a l k y e s t e r d a y )

SLIDE 4

S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 4 . 4 2 3 9 )

S i mu l a t i

• n

r e p r

• d

u c e s

• b

s e r v e d d e p l e t i

• n

t i me s

S u r f a c e d e n s i t y

• f

H I + H

2

( M

s u n

/ p c

2

)

S u r f a c e d e n s i t y

• f

H

2

• n

l y

( M

s u n

/ p c

2

) S u r f a c e d e n s i t y

• f

s t a r f

• r

ma t i

• n

r a t e ( M

s u n

/ y r / k p c

2

) G a l a c t

• c

e n t r i c r a d i u s ( k p c )

Mi l k y Wa y B i g i e l e t a l 2 8 B i g i e l e t a l 2 1 L e r

• y

e t a l 2 1 3

T

• t

a l g a s Mo l e c u l a r g a s

SLIDE 5

S t a r f

• r

ma t i

• n

t h r e s h

• l

d :

D e n s i t y ( c m

• 3

) t h e r ma l + t u r b u l e n t v e l

• c

i t y d i s p e r s i

• n

S l

• w

s t a r f

• r

ma t i

• n

a s a r e s u l t

• f

g a s e v

• l

u t i

• n

S t r

• n

g e r s u p p

• r

t S t r

• n

g e r g r a v i t y

T e m p e r a t u r e ( K )

S t a r

• f
• r

mi n g g a s N

• n
• s

t a r

• f
• r

mi n g g a s

s l

• w

s t a r f

• r

ma t i

• n

< = > s ma l l n e t g a s i n fl

• w

i n t

• s

t a r

• f
• r

mi n g s t a t e

S t e a d y s t a t e :

F

s f

SLIDE 6

S t a r f

• r

ma t i

• n

t h r e s h

• l

d :

D e n s i t y ( c m

• 3

) t h e r ma l + t u r b u l e n t v e l

• c

i t y d i s p e r s i

• n

S l

• w

s t a r f

• r

ma t i

• n

a s a r e s u l t

• f

g a s e v

• l

u t i

• n

S t r

• n

g e r s u p p

• r

t S t r

• n

g e r g r a v i t y

T e m p e r a t u r e ( K )

S t a r

• f
• r

mi n g g a s N

• n
• s

t a r

• f
• r

mi n g g a s

s l

• w

s t a r f

• r

ma t i

• n

< = > s ma l l n e t g a s i n fl

• w

i n t

• s

t a r

• f
• r

mi n g s t a t e

S t e a d y s t a t e :

SLIDE 7

G a s e v

• l

u t i

• n

i s r a p i d

t h e r ma l + t u r b u l e n t v e l

• c

i t y d i s p e r s i

• n

( k m/ s ) D e n s i t y ( c m

• 3

) T e m p e r a t u r e ( K )

R e mo v a l ( f e e d b a c k , e x p a n s i

• n

) S u p p l y ( g r a v i t y , c

• mp

r e s s i

• n

)

T i m e

• n

w h i c h a

v i r

c h a n g e s b y a f a c t

• r
• f

1 ( M y r )

N e t fl u x

N e t fm u x i s s ma l l d u e t

• c

a n c e l l a t i

• n
• f

s t r

• n

g

• p

p

• s

i t e fm u x e s :

D e n s i t y ( c m

• 3

)

S t a r

• f
• r

mi n g g a s S t a r

• f
• r

mi n g g a s

SLIDE 8

t h e r ma l + t u r b u l e n t v e l

• c

i t y d i s p e r s i

• n

( k m/ s ) V i r i a l p a r a me t e r

L

• n

g d e p l e t i

• n

t i me i s a r e s u l t

• f

r a p i d g a s c y c l i n g

D e n s i t y ( c m

• 3

)

R e q u i r e d #

• f

c y c l e s :

s t a r

• f
• r

m i n g s t a t e n

• n
• s

t a r

• f
• r

mi n g s t a t e

t

• t

a l t i me i n s t a r

• f
• r

mi n g s t a t e b e f

• r

e g a s i s c

• n

v e r t e d i n t

• s

t a r s

S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 4 . 4 2 3 9 )

l

• n

g b e c a u s e

• f

l a r g e N

c

( ~ 1

• 1

)

SLIDE 9

E x a mp l e

• f

a p p l i c a t i

• n

: s e l f

• r

e g u l a t i

• n
• f

s t a r f

• r

ma t i

• n

O r r e t a l ( 2 1 7 ) , H

• p

k i n s e t a l ( 2 1 7 )

S t r

• n

g e r f e e d b a c k s h

• r

t e n s t

s f

:

S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 A p J 8 4 5 , 1 3 3 S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 b , i n p r e p

f e e d b a c k s t r e n g t h E f fj c i e n t f e e d b a c k : A t s u f fj c i e n t l y h i g h e f fj c i e n c y :

I n d e p e n d e n t

• f

e f fj c i e n c y !

G l

• b

a l S F R i s i n d e p e n d e n t

• f

l

• c

a l S F e f fj c i e n c y b u t s c a l e s w i t h t h e f e e d b a c k s t r e n g t h

SLIDE 10

S u mma r y

L a r g e #

• f

c y c l e s i s r e q u i r e d S i g n i fi c a n t f r a c t i

• n
• f

t i me i s s p e n t i n t h e n

• n
• s

t a r

• f
• r

mi n g s t a t e

R e s

• l

v e d p u z z l e

• f

i n e f fj c i e n t s t a r f

• r

ma t i

• n

: T h i s f r a me w

• r

k c a n b e u s e d t

• p

r e d i c t d e p e n d e n c e

• f

d e p l e t i

• n

t i me

• n

p r

• p

e r t i e s

• f

g a l a x i e s a n d p h y s i c s

• f

l

• c

a l s t a r f

• r

ma t i

• n

a n d f e e d b a c k F

• r

e x a mp l e , i t e x p l a i n s h

• w

e f fj c i e n t f e e d b a c k s e l f

• r

e g u l a t e s g l

• b

a l s t a r f

• r

ma t i

• n

r a t e i n s i mu l a t i

• n

s

S e me n

• v

, K r a v t s

• v

& G n e d i n 2 1 7 , A p J 8 4 5 , 1 3 3 ( a r X i v : 1 7 4 . 4 2 3 9 )

f e e d b a c k I S M d y n a mi c s p r

• p

e r t i e s

• f

G MC s