Gaseous wakes and dynamical friction: mass-losing and mass-gaining perturbers
嵌入由气体和无碰撞粒子组成的母系统中的扩展引力物体可能会受到潮汐力的动力学摩擦（DF）和质量损失。如果物体足够紧凑，它可以通过从周围介质中吸积物质来增加质量。本文将气体介质中等质量物体DF的经典线性分析推广到质量随时间变化的情况。我们表明，尾流的结构可能显着不同的恒定质量的情况下。例如，亚音速定质量扰动的密度前后对称性被分解为变质量扰动。密度尾流保持着扰动物过去质量历史的记忆。对于溶解微扰，密度场比经典公式中使用微扰的瞬时质量所期望的密度场更稠密。因此，瞬时质量近似低估了质量损失扰动的阻力，高估了质量增加扰动的阻力。我们目前的情况下，在使用瞬时质量近似的阻力的百分比误差大于50%。
2018-10-04 astro-ph.GA
Gas Dynamical Friction on Accreting Objects
本研究通过三维嵌套网格模拟，探究气体吸积对天体所受气体动力学摩擦的影响，发现吸积导致的密度分布改变在亚声速和轻微超声速下显著影响摩擦力，并提供了拟合公式。
2024-03-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Dynamical Friction in a Gas: The Supersonic Case
任何穿过相对稀疏的气体的重力质量都会受到周围介质扰动所产生的阻滞力。在以前的贡献（李和Stahler 2011），我们确定了这个动态摩擦力时，物体的速度是亚音速。现在我们把分析扩展到超音速状态.和以前一样，我们考虑在远离引力物体的气体中产生的小扰动，从而得到在一个大的边界表面上的线性动量的净流入。在扰动系列中的各种条款正式发散，需要近似处理的流动流线。然而，我们能够精确地导出力本身。在亚音速情况下，我们发现F=Mdot*V，其中Mdot是物体的质量吸积率，V是相对于远处背景气体的瞬时速度。即使物体是多孔的，我们的力定律也成立（例如，星系）或者实际上是在风中排出质量。从数量上看，超音速区的力小于以前研究人员分析得出的力，也小于20世纪90年代中期数值模拟中发现的力。我们敦促模拟器使用现代数值技术重新审视这个问题。假设我们的结果是正确的，它适用于天体物理学的许多领域，从系外行星研究到星系动力学。
2013-11-14 astro-ph.GA
Dynamical friction for accelerated motion in a gaseous medium
动力学摩擦是由扰动物和它在周围介质中激发的引力尾流的相互作用引起的。这种相互作用通常是假定扰动具有恒定速度而导出的。在实际情况下，运动被加速，例如通过动力学摩擦本身。本文研究了加速度对动态摩擦力的影响。我们的特点与不断加速的扰动与直线运动在无限均匀的气体介质中的密度增强，并表明，动力学摩擦不是一个本地的力量，其幅度可能取决于扰动的初始速度。在马赫数1和马赫数2之间，加在加速扰动器上的力最大，此时它小于相应的匀速运动摩擦力。在扰动器的尺寸远小于通过加速度使马赫数改变1所需的距离的极限情况下，亚音速扰动器只有在其过去的历史不包括超音速的情况下，才会感受到类似于匀速运动摩擦的力。一旦加速扰动达到大的超音速，加速运动摩擦比匀速运动摩擦稍强。当速度降低到音速的几倍时，作用在减速超音速扰动器上的力比匀速运动摩擦力弱。初始马赫数大于2的减速亚音速扰动器上的动摩擦比匀速运动摩擦大得多，并且与匀速运动摩擦相反，当速度为零时趋于有限值。
2009-11-25 astro-ph.EP astro-ph.GA
Gaseous dynamical friction under radiative feedback: do intermediate-mass black holes speed up or down?
中等质量黑洞（IMBHs）通过动力学摩擦向银河系中心迁移的结果可能有助于超大质量黑洞的形成。在这里，我们重新调查的气体动力学摩擦，这是声称是低效的辐射反馈从BH在文献中，通过执行3D辐射流体动力学模拟，解决在BH附近的流动结构。本文考虑一个以速度$V_{\rm flow}$运动的$10^4~M_\odot$ BH在金属度$Z$在$0-0.1~Z_\odot$和密度$n_{\infty}$范围内的均匀介质中的运动。我们证明，如果$n_{\infty} \lesssim 10^{6}~{\rm cm^{-3}}$和$V_{\rm flow} \lesssim 60~{\rm km~s^{-1}}$，BH是加速前进，因为从一个致密的壳层周围的电离泡前面的重力拉，无论$Z$的值。然而，如果是$n_{\infty} \gtrsim 10^{6}~{\rm cm^{-3}}$，我们的模拟显示了相反的结果。电离气泡和相关的壳层暂时出现，但立即向下游流动的显着冲压压力。它们最终汇聚成一个巨大的下游尾流，在重力作用下将BH向后拖曳。黑洞减速的时间尺度为$\sim 0.01$ ~Myr，比星系盘的动力学时间尺度短得多。我们的研究结果表明，IMBH遇到稠密的云迅速迁移到银河系中心，在那里他们可能与他人合并。
2020-02-19 astro-ph.GA
Studying Binary Formation under Dynamical Friction Using Hill's Problem
本研究基于带不同形式动力学摩擦的希尔问题，通过模拟揭示弱摩擦下双星形成率与摩擦系数线性相关，结果可推广至多尺度双星形成场景。
2024-04-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
On dynamical friction in a gaseous medium with a boundary
动力学摩擦是由扰动物和它在周围介质中激发的引力尾流的相互作用引起的。本文通过解析地研究在具有反射平面边界的均匀介质中，扰动与匀速直线运动的相互作用，研究了边界的存在对动力摩擦的影响。在介质边界的尾流反射可能发生在被行星或恒星同伴扰动的截断盘的边缘，以及在无流出边界条件的行星-盘相互作用的数值模拟中。在本文中，我们表明，边界的存在下修改的动态摩擦行为显着。我们发现，扰动总是被推离边界，并达到一个终端亚音速速度附近的马赫数0.37，无论初始速度。当马赫数小于0.37时，动摩擦甚至可以反向，从而使扰动器加速而不是减速。平行于边界移动的扰动感受到与运动方向正交的额外摩擦，该摩擦比沿运动方向的标准摩擦强得多。这些结果表明，通常使用的标准Eschrasekhar公式作为一个简短的手估计的动态摩擦可能是不够的，在各种数值模拟中观察到的。
2010-09-07 astro-ph.EP astro-ph.GA
Negative Dynamical Friction on compact objects moving through dense gas
一个过密的尾流是由一个受引力的物体在气体介质中移动而产生的，这个尾流会拉回物体并使其减速。这是气体介质中的常规动力学摩擦。我们认为，如果该对象驱动一个足够强大的外流，尾流被破坏，而不是一个扩展的低密度区域的对象后面创建。在这种情况下，总的重力作用在物体运动的方向上，产生负动力摩擦（NDF）。稠密气体中的黑洞驱动着强大的外流，并可能经历NDF，尽管可能需要大量的数值工作来证明或反驳这一结论。NDF可能是重要的恒星质量的黑洞和中子星内的“共同信封”的二元系统，恒星质量的黑洞内AGN盘，或大规模的黑洞增长通过超爱丁顿吸积在早期宇宙。
2019-06-04 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Gaseous Dynamical Friction on Hyperbolic Scatterings
本研究通过线性扰动理论分析均匀气体中双曲相遇的动力学摩擦，揭示六类轨道，发现气体耗散能量并促进超音速捕获，且力并非严格摩擦性。
2025-05-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gaseous Dynamical Friction on Elliptical Keplerian Orbits
该研究计算椭圆开普勒轨道上大质量扰动体受的气体动力学摩擦力，分析单扰动体与等质量双星的轨道演化规律，揭示不同声速条件下偏心率变化特征及长期演化趋势，并公开相关数据。
2024-01-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Dynamical friction for supersonic motion in a homogeneous gaseous medium
引力物体在气体介质中的超音速运动是理论天体物理学中的一个经典问题。它的应用涵盖了从行星到星系的广泛的物体和尺度。特别是物体后形成的尾流所引起的动力摩擦，对系统的动力学起着重要的作用。为了计算动态摩擦，通常使用基于线性理论的标准公式。我们的目标是检查这些公式的普遍有效性，并提供合适的表达式的动力摩擦作用在运动物体上，基于问题的基本物理参数。我们执行序列的高分辨率数值研究的刚体超音速通过均匀介质，并计算总阻力作用在物体上，这是重力和水力阻力的总和。我们研究的情况下，没有重力与纯粹的流体动力学阻力，以及引力物体。从模拟的最终平衡态，我们计算引力物体的动力学摩擦的直接数值积分的引力作用在嵌入的对象。数值实验证实了已知的标度律的动力学摩擦的基本物理参数的依赖性，在早期的半解析研究。作为一个新的重要结果，我们发现激波的离地距离是动力学摩擦的最小空间相互作用尺度。在这个半径以下，气体进入流体静力学状态，这对运动的物体没有净引力。最后，我们推导出一个解析估计的间距，可用于计算动态摩擦力。
2016-01-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Analysis of the instability due to gas-dust friction in protoplanetary discs
本文研究了受线性轴对称扰动的气体圆盘中尘埃层的稳定性。然而，不考虑单一尺寸的颗粒，而是假设尘埃颗粒群由两种颗粒组成。尘埃颗粒通过拖曳力与气体交换动量，并考虑了它们的自引力。我们表明，存在两个晶粒尺寸可以提高效率的阻力驱动的不稳定性的原行星盘的线性增长。与第一粉尘相相比，具有小质量的第二粉尘相将减少生长时间尺度，甚至减少两倍或更多倍，特别是当其与气体的耦合较弱时。这意味着一旦形成一定数量的大尘埃颗粒，即使它比小尘埃颗粒小得多，尘埃层变得更加不稳定，尘埃结块加速。因此，在研究原行星盘中的尘埃聚集时，必须考虑到各种尺寸的尘埃颗粒的存在，因为那里既有大的尘埃颗粒，也有小的尘埃颗粒。
2015-12-14 astro-ph.EP astro-ph.GA
Dynamical friction on hot bodies in opaque, gaseous media
本文研究了作用在质量为$M$的点微扰子上的引力，该微扰子在不透明的均匀气体介质中以恒定速度$V$运动.微扰器以亮度$L$照射周围的气体。所释放的热量的扩散用均匀的热扩散率$χ$建模。使用线性微扰理论，我们表明，由扰动气体上的扰动器施加的力不同于没有辐射（或标准的动力学摩擦）的力。热的低密度气体尾随质量，这产生了一个新的力分量，即加热力，方向为$+V$，因此与标准的动力学摩擦相反。在低马赫数极限下，加热力的表达式为$F_\mathrm{heat}=γ(γ-1)GML/(2χc_s^2)$，其中$c_s$为声速，$γ$为比热比。在大马赫数的极限情况下，$F_\mathrm{heat}=(γ-1)GML/(χV^2)f(r_\mathrm{min}V/4χ)$，其中$f$是一个当$r_\mathrm{min}$趋向于零时在热力学上发散的函数。值得注意的是，在低马赫数极限下，力与速度无关。当平衡速度存在时，平衡速度由标准动态摩擦力和加热力的抵消来确定。在低马赫数限制下，它与扰动物的光度质量比成比例。使用上述结果表明，火星到地球大小的行星胚胎在气态原行星盘中被吸积加热，应该有偏心率和倾角，相当于盘的长宽比的相当大的一部分，因为条件被认为在几个天文单位内占主导地位。
2016-11-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Superbubbles as the source of dynamical friction: gas migration, stellar and dark matter contributions
本研究量化了超新星驱动的超级气泡引起的动力学摩擦对星系气体迁移的影响，发现其导致气体盘比角动量损失率高达每十亿年4%，并提出了动量损失的近似公式，表明该贡献对精确理解气体迁移至关重要。
2025-01-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Growth of Supermassive Black Hole Seeds in ETG Star-Forming Progenitors: Multiple Merging of Stellar Compact Remnants via Gaseous Dynamical Friction and Gravitational Wave Emission
提出了$z\gtrsim 1$上局域早型星系（ETGs）恒星形成祖星中超大质量黑洞（BH）种子生长的新机制。这设想的迁移和合并的恒星紧凑的残余物（中子星和恒星质量的黑洞）通过气体动力学摩擦向中央的高密度区域的星系。我们表明，在合理的假设和初始条件下，该过程可以建立中央BH质量的顺序$10^4-10^6\, M_\odot$在一些$10^7$年，因此有效地提供重种子之前，标准盘（类爱丁顿）吸积接管，成为进一步BH增长的主导过程。值得注意的是，当宇宙$\lesssim 0.8$ Gyr的年龄构成了一个苛刻的限制时，这种机制可能为$z\gtrsim 7$类星体宿主中数十亿太阳质量BH的积累提供一种解释，而不是超爱丁顿吸积速率;此外，本发明还在红移$z\sim 2-6$的更常见的ETG祖细胞中，即使在短时间内的中等爱丁顿比$\lesssim 0.3$下，恒星形成持续时间$\lesssim$ Gyr。最后，我们探讨了未来的地面和空间探测器，如爱因斯坦望远镜（ET）和激光干涉仪空间天线（LISA）通过引力波发射检测迁移的恒星残骸和积累的中央超大质量BH之间的合并事件的前景。
2020-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dynamical Friction in Interacting Relativistic Systems
研究了具有任意平均自由程和中等质量的相对论相互作用系统中的动力学摩擦。我们的新框架恢复了理想气体和理想流体的平均自由程分别为无穷大或零时的已知极限，并允许在这些极限之间进行平滑插值。我们发现，在一个无限大的系统中的阻力可以表示为理想的气体和理想的流体的贡献，导致有限的摩擦，即使在亚音速的总和。这个简单的图像在任何有限系统中都会受到修正，并且对于以接近声速$v\approx c_s$的速度$v$运动的射弹来说，修正变得特别重要。这些修正使声速附近的理想流体不连续性平滑，并使阻力成为速度的连续函数。我们表明，这些修正可以计算到一个很好的近似粘性流体动力学的有效理论。
2019-06-12 astro-ph.GA gr-qc hep-ph
