Hoy mi profesor de aerodinámica ha mencionado que las ecuaciones que estábamos aprendiendo para las ondas de choque atmosféricas también pueden ser aplicadas por los astrofísicos para estudiar las ondas de choque relacionadas con los agujeros negros en el espacio.
¿Cómo es posible? ¿No está el espacio demasiado enrarecido para las ondas de choque? ¿Cuál es un ejemplo de aplicación? Mencionó algo sobre el límite de densidad antes/después de un choque relativista que se acerca a 6.
El espacio no está vacío, como seguro que has oído antes. Siempre hay algo entre diferentes cuerpos, como el medio interestelar . También hay regiones más densas del espacio, como las nubes moleculares y las regiones H I/H II. Las ondas de choque pueden formarse en cualquiera de estos lugares y propagarse a través de ellos. Hay varias fuentes comunes de estas ondas de choque (ver McKee y Hollenbach (1980) ):
Las ondas de choque también pueden formarse a mayor escala (véase Bykov et al. (2008) ), debido a cosas como las fusiones de galaxias (como se mencionó anteriormente) y la formación de grandes estructuras (por ejemplo, filamentos y supercúmulos de galaxias). Estas ondas de choque "cosmológicas" pueden propagarse por el medio intergaláctico, el medio intraclúster .
Ver aquí para algunas otras fuentes menores y velocidades frontales de choque.
Hace usted una pregunta muy buena y pertinente. De hecho, en 1958 H.E. Petschek escribió un interesante artículo sobre "Disipación aerodinámica" . En ese documento, planteó la hipótesis de que se podía, en teoría, producir un onda expansiva en un medio sin colisiones (como la mayoría de plasmas en el espacio). Esto fue muy controvertido, ya que el propio concepto de onda de choque requiere alguna forma de disipación de energía irreversible para que se forme la estructura. Escribí algunos detalles más aquí y aquí .
Poco después, Paul J. Kellogg predijo la existencia de un choque de arcos alrededor de la Tierra magnetosfera . Esto fue confirmado posteriormente por algunas de las primeras observaciones de las naves espaciales. La controversia que mencioné antes surgió porque un plasma verdaderamente sin colisiones se rige por la Ecuación de Vlasov (es decir, sólo el Ecuación de Boltzmann sin el operador de colisión), que es una ecuación de movimiento reversible en el tiempo en teoría cinética . Esto es un problema porque la formación de una onda de choque requiere disipación de energía (es decir, la generación de entropía y/o la irreversibilidad del tiempo).
Como ya he comentado aquí se requiere alguna forma de disipación de energía para detener empinamiento no lineal de las olas . En un principio, se debatió cómo la ecuación de Vlasov podía proporcionar alguna forma de irreversibilidad . Escribí una respuesta aquí que analiza la irreversibilidad con más detalle. Sin embargo, las ondas de choque pueden formarse en plasmas y se rigen por la Relaciones Rankine-Hugoniot .
Generalmente, para que se forme una onda de choque se necesita una pistón moviéndose a través de un medio más rápido que la velocidad de comunicación correspondiente. Como ilustré en este responder En los plasmas espaciales hay múltiples velocidades relevantes. La teoría sugiere que se puede formar una onda de choque de modo lento en los plasmas, pero hay pocas pruebas de ello (al menos de las que yo tenga conocimiento). La velocidad más relevante es la del modo rápido o modo magnetosónico (Nota: hay descripciones mucho mejores en otros lugares de la web que el enlace de la Wikipedia, pero esa era rápida y fácil). Así que el choque de proa aguas arriba de la Tierra es un choque de modo rápido (por eso el Número de Mach se define con la velocidad de fase del modo rápido), al igual que la mayoría de los choques astrofísicos a los que se puede hacer referencia.
Voy a suponer aquí, ya que necesitaría más información para responder adecuadamente, pero creo que tu profesor podría haber estado hablando de un límite asintótico de las relaciones Rankine-Hugoniot para números de Mach altos. En el límite, a medida que el número de Mach llega a algún número grande, la relación de compresión de la densidad a través de un choque hidrodinámico llega a 4 (suponiendo un índice de politropía de 5/3). Se puede hacer un argumento similar para las ondas de choque magnetohidrodinámicas.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
