Clasificación de Ondas de Choque:Ondas tipo C y J

Harold Francke

Medio Interestelar

Introducción

• Una onda de choque es un pulso que se transporta en un medio de una velocidad mayor que la del sonido, en consecuencia, el medio (gas) delante de la onda no se percata cuando ésta se acerca y esto causa un salto abrupto en densidad, presión y temperatura.

• Las características de este choque están íntimamente relacionadas a las condiciones preexistentes en el medio, por lo cual, clasificar los choques permite aprender sobre el medio interestelar.

Características distintivas generales

• Los choques se clasifican según la importancia de los procesos colisionales:• Choques colisionales: Si la disipación de

energía en el frente de choque se produce mediante colisiones de las partículas.

• Choques no colisionales: Si la disipación se produce mediante la interacción colectiva de las partículas con campos electromagnéticos turbulentos. (ej. El viento solar contra la magnetósfera terrestre)

• El choque puede ser radiativo o no, dependiendo de la velocidad y de la densidad inicial:• Si uno considera la etapa de una supernova en

que la energia se mantiene constante, se puede demostrar que:

Entonces existe una velocidad critica, debajo de la cual, la colisiones son suficientes como para enfriar el gas.

• Si la velocidad es >110 Km/s (y esta dentro de la región “Preionized”), el frente de choque puede crear un precursor preionizado.

La estructura del choque puede cambiar mucho si la expansión se produce contra un medio molecular.

Si v < 40 Km/s , el choque no tiene suficiente energia para disociar las moléculas y los procesos radiativos y de cambios químicos pasan a ser importantes. (**)

La dinámica de choques en nubes moleculares

• Debido a que en general la fracción de ionización en nubes moleculares densas es muy baja, la inecia debida al fluido de iones es muy baja. Pero su presencia es fundamental, ya que son éstos los que interactúan con los campos EM.

• Hay que considerar el fluido ionizado y el neutro como dos componentes independientes, entremezclados.

• En este caso, las onda de choque tiene que tener una velocidad mayor que la de Alfvén (de las ondas MHD de gran longitud de onda).

• El efecto de los choques neutral-ión es disminuir la amplitud de la onda MHD y acelerar y calentar el fluido neutro.

Choques tipo C y tipo J

• Si el frente de choque es delgado (ancho~camino libre medio colisional), las variables hidrodinámicas sufren un salto, y estos choques se denominan de tipo J.• Los remanentes jóvenes de SN son choques no colisionales y

en gas que está ionizado.

• En el caso en que las colisiones disipen la energía, el frente de choque se hace gordo y continuo, se denomina tipo C.• Se produce típicamente en nubes moleculares, donde hay baja

ionización y alta densidad.

Tipos de choque y velocidad del sonido

• Si el fluido neutral se mantiene frío, el flujo será completamente supersónico. (tipo C)

• Si el fluido se logra calentar, sube en ese punto la velocidad del sonido:• Si la transición super-

subsónico es abrupto, mediante un subchoque, será de tipo J.

• Si la transición es suave, será de tipo C*

(**)

Ejemplos

Tipo C tipo J

ROSAT

Resumen

• Existe una diferencia fundamental en las características de continuidad de las variables hidrodinámicas de una onda de choque que permite diferenciar entre choques tipo C, J y C*

• Esta diferencia depende de que las condiciones físicas permitan o no el suficiente incremento de la temperatura en el frente de choque.

Referencias

• “Interstellar Shock Waves”, C. McKee & B.Draine, Science, v.252, 19/04/91,p.397 (**)

• “Interstellar Shock Waves”, C. McKee & D. Hollenbach, ARAA 1980, 18, p.219