Fale uderzeniowe w astrofizyce
Fale uderzeniowe są powszechne w środowiskach astrofizycznych .
Ze względu na niską gęstość otoczenia większość wstrząsów astronomicznych przebiega bezkolizyjnie . Oznacza to, że wstrząsy nie powstają w wyniku zderzeń kulombowskich dwóch ciał , ponieważ średnia droga swobodna dla tych zderzeń jest zbyt duża, często przekraczając rozmiar układu. Takie wstrząsy zostały po raz pierwszy wysunięte przez Frederica de Hoffmanna i Edwarda Tellera , który badał fale uderzeniowe w namagnesowanych płynach o nieskończonej przewodności. Dokładny mechanizm rozpraszania energii i generowania entropii podczas takich wstrząsów jest nadal badany, ale powszechnie przyjmuje się, że ogólny mechanizm napędzający te wstrząsy składa się z interakcji cząstek falowych i niestabilności plazmy, które działają w skali głębokości skóry plazmy , która jest zwykle znacznie krótsza niż średnia droga swobodna.
Wiadomo, że bezkolizyjne wstrząsy są związane z cząstkami o ekstremalnie wysokich energiach , chociaż nie ustalono definitywnie, czy obserwowane fotony o wysokiej energii są emitowane przez protony , elektrony czy jedno i drugie. Ogólnie uważa się, że cząstki energetyczne są przyspieszane przez przyspieszania Fermiego . Zwykle przyjmuje się, że wstrząsy wywołane przez pozostałości supernowych rozszerzające się w ośrodku międzygwiazdowym przyspieszają promienie kosmiczne mierzone nad ziemską atmosferą.
Fale uderzeniowe w gwiezdnych środowiskach, takie jak wstrząsy wewnątrz eksplozji supernowej z zapadnięciem się jądra , często stają się wstrząsami, w których pośredniczy promieniowanie. Takie wstrząsy są tworzone przez fotony zderzające się z elektronami materii, a po tych wstrząsach dominuje gęstość energii promieniowania, a nie energia cieplna materii.
Ważnym rodzajem szoku astrofizycznego jest szok relatywistyczny, w którym prędkość uderzenia jest nie do pominięcia ułamkiem prędkości światła. Wstrząsy te są unikalne dla środowisk astrofizycznych i mogą być bezkolizyjne lub pośredniczone przez promieniowanie. Wstrząsy relatywistyczne są teoretycznie spodziewane w rozbłyskach promieniowania gamma , dżetach w jądrach aktywnych galaktyk oraz w niektórych typach supernowych.
Przykłady
- Międzyplanetarne fale uderzeniowe wywołane rozbłyskami słonecznymi i koronalnymi wyrzutami masy , pierwotnie odkryte poprzez nagłe inicjacje geomagnetyczne .
- Wstrząsy dziobowe powstały wokół planet w wiatrach gwiazdowych, a czasem wokół samych gwiazd.
- Pozostałości supernowej wywołujące wstrząs w ośrodku międzygwiazdowym (ISM).
- Wstrząsy przechodzące przez masywną gwiazdę , która eksploduje jako supernowa z zapadnięciem się jądra .
- Wstrząsy w gazie międzygwiazdowym , spowodowane kolizją między obłokami molekularnymi lub grawitacyjnym zapadnięciem się obłoku.
- Wstrząsy akrecyjne na krawędzi gromad galaktyk .