La dinámica de fluidos astrofísica es una rama moderna de la astronomía que involucra la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento de fluidos, como los gases que componen las estrellas o cualquier fluido que se encuentre en el espacio exterior. [1] El tema cubre los fundamentos de la mecánica de fluidos usando varias ecuaciones, que van desde la ecuación de continuidad , Navier Stokes hasta las ecuaciones de Euler de fluidos de colisión y similares. [2] Es un estudio extenso de los reinos físicos de los cuerpos astrales y sus movimientos en el espacio. Una comprensión profunda de este tema requiere un conocimiento detallado de las ecuaciones que gobiernan la mecánica de fluidos. [3]La mayoría de las aplicaciones de la dinámica de fluidos astrofísicos incluyen la dinámica de sistemas estelares , discos de acreción , chorros astrofísicos , [4] fluidos newtonianos y la dinámica de fluidos de las galaxias .
La dinámica de fluidos astrofísica se ocupa de la aplicación de la dinámica de fluidos y sus ecuaciones en el movimiento de los fluidos en el espacio. Las aplicaciones son completamente diferentes a las que solemos estudiar, ya que todo esto ocurre en el vacío con gravedad cero.
La mayor parte del medio interestelar no está en reposo, pero está en movimiento supersónico bajo la acción de explosiones de supernovas, vientos estelares y campos de radiación y el campo gravitacional dependiente del tiempo debido a ondas de densidad espirales en el disco estelar de la galaxia. Dado que los movimientos supersónicos casi siempre involucran ondas de choque, estas juegan un papel crucial. La galaxia también contiene un campo magnético dinámicamente significativo, lo que significa que la dinámica se rige por las ecuaciones de la magnetohidrodinámica comprimible.
En muchos casos, la conductividad eléctrica es lo suficientemente grande como para que la magnetohidrodinámica ideal sea una buena aproximación, pero esto no es cierto en las regiones de formación de estrellas donde la densidad del gas es alta y el grado de ionización es bajo.
Uno de los problemas más interesantes es el de la formación de estrellas. Se sabe que las estrellas se forman a partir del medio interestelar y que esto ocurre principalmente en nubes moleculares gigantes como la nebulosa Rosette, por ejemplo. Se sabe desde hace mucho tiempo que una nube interestelar puede colapsar debido a su propia gravedad si es lo suficientemente grande, pero en el medio interestelar ordinario, esto solo puede suceder si la nube tiene una masa de varios miles de masas solares, mucho más grande que el de cualquier estrella. Por lo tanto, debe haber algún proceso que fragmente la nube en nubes más pequeñas de alta densidad cuyas masas están en el mismo rango que la de las estrellas. La autogravedad no puede hacer esto, pero resulta que hay procesos que lo hacen si la presión magnética es mucho mayor que la presión térmica, como ocurre en las nubes moleculares gigantes.Estos procesos se basan en la interacción de ondas magnetohidrodinámicas con una inestabilidad térmica. Una onda magnetohidrodinámica en un medio en el que la presión magnética es mucho mayor que la presión térmica puede producir regiones densas, pero por sí mismas no pueden hacer que la densidad sea lo suficientemente alta como para que actúe la gravedad propia. Sin embargo, el gas en las regiones de formación de estrellas se calienta mediante rayos cósmicos y se enfría mediante procesos radiativos. El resultado neto es que el gas en un estado de equilibrio térmico en el que el calor equilibra el enfriamiento puede existir en tres fases diferentes a la misma presión: una fase cálida con una densidad baja, una fase inestable con densidad intermedia y una fase fría a baja temperatura. Un aumento de presióndebido a una supernova o una onda de densidad en espiral puede cambiar el gas de la fase cálida a la fase inestable y una onda magnetohidrodinámica puede producir fragmentos densos en la fase fría cuya autogravedad es lo suficientemente fuerte como para colapsar y formar estrellas.
En este proceso, podemos estudiar la dinámica del gas cósmico y comprender la formación de estrellas. Esto es sólo un ejemplo. Incluso la Magnetohidrodinámica tiene su base en los fundamentos de la dinámica de fluidos astrofísica.