Термодиффузия и распределение тяжелых элементов в скоплениях

галактик

Штыковский Павел Гильфанов Марат

ИКИ РАН 2008

Тяжелые элементы в скоплениях галактик

A262 MKW 4

Вихлинин и др., 2005

Определение массы скоплений, космология

Потоки охлаждения

Впрыск металлов галактиками

Перемешивание

Диффузия

Формирование профилей обилия скоплений

Первичное обилие

Диффузия

Гравитационная седиментация в скоплениях:

Fabian & Pringle, 1977

Gilfanov & Sunyaev 1984, Chuzhoy & Loeb, 2004

Гравитационная седиментация

Диффузия по град. концентрации

Термодиффузия

Работают ли процессы переноса?Возможно (Narayan & Medvedev, 2001)

w~10-1000 kpc / 10Gyr

p+He плазма

ДиффузияBurger's equations (Burgers, 1969):

Первоначально скопление в гидростат. равновесии. Диффузия выводит скопление из равновесия:

Скорости диффузии w

s

Массовая скорость u

Баланс охлаждения и нагрева: T(r,t)=T(r,t=0)AGN Радиационное охлаждениеТеплопроводностьGuo, Oh, Ruzskowski 2008

Модельное скопление: плотность DM: NFWизотермический случай Т(r)=2 keVНачальное распределение металличности однородное Z(r)=const

Гравитационная седиментация

Z/Z0 Z/Z0

Enskog, 1911, Chapman 1917:

Monchick & Mason 1967:

Термодиффузия

Тяжелые элементы уходят из холодных областей

Модельная задача: H + малая примесь положит. ионовBurgers (1969), Clauser (1960), Chapman

T1<T2

T1 T2Fe

ТермодиффузияMonchick & Mason 1967:

Избыток медленных молекул

Избыток быстрых молекул

ν растет со скоростью

быстрые

медленные

суммарный потокПоток быстрых молекул подавляется сильнее

T1 T2T1<T2

Модельное скопление:Профиль температуры A262Вихлинин и др., 2006

Гравитационная седиментация +термодиффузия

~А262

Z/Z0 Z/Z0

Термодиффузия:

Т=const

T=T(r), A262

Железо уходит из холодных областей скопления

профили скоростей для Fe

Fe Fe

Диффузия и наблюдения скоплений

Определение массы скоплений: Mtot~1/μ Qin & Wu (2000), Ettori & Fabian (2006), Chuzhoy & Nusser (2003)Первичное обилие: μ=0.59 Водородная плазма: μ=0.5 Недооценка массы на 20% Гелиевая плазма: μ=4/3 Переоценка массыОпределение плотности газа:ε=ε(μ,Сi)Peng & Nagai 2008: w, H0

T=const

Наблюдения скоплений:потоки охлаждения

В скоплениях с холодным ядромFe уходит из холодной центральной области

Fe ~A262

Вихлинин и др. 2005

Результаты- Диффузионные процессы способны резко изменить распределение тяжелых элементов в скоплениях галактик

- Эффект складывается из гравитационной седиментации, стремящейся сконцентрировать тяжелые элементы в центре скопления и термодиффузии, увеличивающей концентрацию металлов в горячих областях

- Диффузия элементов может оказаться важной с точки зрения определения масс скоплений, газа и потоков охлаждения