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Deviazioni dall'equilibrio di ionizzazione

La complessa dinamica del sistema caratterizzata da flussi di plasma attraverso gradienti di temperatura e da improvvise variazioni di temperatura porta certamente a significativi effetti di non equilibrio di ionizzazione. Per valutare tali effetti, abbiamo calcolato con FLASH le frazioni di popolazione di quattro elementi: Ossigeno, Neon, Magnesio e Ferro. Molte righe di emissione di tali elementi sono ben osservate con gli strumenti di ultima generazione (in particolare Chandra ed XMM-Newton) e pertanto sono molto importanti per la diagnostica del plasma.

Un modo molto utile per evidenziare dove e sino a che punto le deviazioni dall'equilibrio di ionizzazione sono importanti è quello di considerare la differenza tra le frazioni di popolazione di un elemento calcolate fuori equilibrio, $N_{nei}$, e le corrispondenti frazioni valutate assumendo l'equilibrio, $N_{eq}$, normalizzate alla loro somma:


\begin{displaymath}
f = \frac{N_{nei}-N_{eq}}{N_{nei}+N_{eq}}~.
\end{displaymath} (1)

Valori negativi di $f$ indicano zone in cui la frazione di popolazione di un dato elemento sono sovrastimate assumendo l'equilibrio, e l'opposto è vero per valori positivi di $f$.

Figure: Evoluzione della differenza normalizzata $f_{OVIII}$ (vedi testo) campionata ai quattro tempi indicati in unità di $5.4\times
10^3$ anni. I pannelli in alto sono sezioni sul piano $xy$, i pannelli in basso sezioni sul piano $xz$. Le linee nere nei pannelli in basso indicano l'altezza $z$ corrispondente alle sezioni $xy$.
\includegraphics[clip width=0.9\textwidth]{snr/snr_nei.ps}

La Fig. [*] mostra, come esempio, la differenza normalizzata $f$ calcolata per l'O VIII per quattro differenti tempi durante l'evoluzione shock-nube nel caso di uno shock con Mach 50 che investe una nube 10 volte più densa del mezzo circostante; in questo esempio non consideriamo gli effetti di conduzione termica e perdite radiative. Assumendo l'equilibrio di ionizzazione, la frazione di popolazione dell'O VIII è sovrastimata nelle zone indicate in rosso e sottostimata nelle zone di colore blu. La figura mostra chiaramente che gli effetti di non equilibrio di ionizzazione sono importanti durante tutta l'evoluzione dell'interazione shock-nube. In particolare lo shock trasmesso nella nube porta a deviazioni dall'equilibrio di ionizzazione nel gas della nube mentre le instabilità idrodinamiche sono responsabili di effetti di NEI al bordo stesso della nube. Tenere conto di questi effetti ci consentirà di sintetizzare in modo realistico l'emissione in righe e bande selezionate dello spettro X e di fare previsioni dettagliate da confrontare con le osservazioni.

Ultimata l'esplorazione dello spazio delle soluzioni e compreso il ruolo dei vari effetti fisici nel determinare la dinamica del sistema, il nostro programma di lavoro prevede il confronto dettagliato tra i risultati dei modelli e le osservazioni. Tale confronto sarà fatto sintetizzando in modo realistico l'emissione in righe e bande selezionate dello spettro X tenendo conto di eventuali deviazioni dall'equilibrio di ionizzazione.


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Flavio Morale 2009-10-27