<< 5.1 Общие сведения | Оглавление | 5.3 Протозвезды. >>
5.2 Образование звезд.
Звезды образуются в результате гравитационной
(Джинсовской) неустойчивости в холодных плотных
молекулярных облаках.
Pассмотрим выделенный сферический объем
в однородной среде . Сила гравитации, стремящаяся сжать объем,
зависит только от массы газа, заключенной внутри объема
:
,
а проивостоит гравитационному сжатию сила, вызванная градиентом давления,
. Очевидно, начиная с некоторого радиуса 
равновесие невозможно и объем начнет сжиматься.
Проанализировав линеаризированную
систему уравнений газодинамики для идеального газа относительно
роста малых возмущений вида
,
Джинс (1902) впервые показал, что изначально
однородная гравитирующая среда с плотностью 
неустойчива
по отношению к малым синусоидальным
возмущениям плотности с характерным
масштабом, превышающим
.
Здесь
-
скорость звука в среде с молекулярным весом 
, температурой
и показателем адиабаты 
. В масштабах меньших
джинсовской длины волны возмущения представляют собой
акустические колебания. Рост возмущений плотности определяется только
начальной плотностью среды и не зависит от масштаба возмущения:
,
.
Для холодной плотной межзвездной среды 
частиц/см
,
г/см, время сжатия
лет, 
км/с,
пк,
. Характерная масса гигантского молекулярного облака
около 
, т.е. эта оценка показывает, что все облако целиком
может начать сжиматься из-за гравитационной неустойчивости.
По мере сжатия плотность возрастает, Джинсовская
длина волны уменьшается и появляется возможность
фрагментации среды на мелкомасштабные
образования. Поэтому звезды всегда рождаются группами (скоплениями,
комплексами). Молодые массивные горячие звезды наблюдаются почти
исключительно в ОВ-ассоциациях.
Пример. Рассмотрим условие фрагментации сжимающегося облака.
Пусть идеальный газ сжимается адиабатически.
Отношение теплоемкостей
.
Уравнение состояния можно записать
в виде
5.1. Джинсовская масса
. Из уравнения состояния
и
т.о.
. Условие устойчивости относительно
фрагментации при росте плотности
есть
, т.е. 
. Так, идеальный одноатомный газ
с 
устойчив относительно джинсовской
фрагментации при адиабатичесокм сжатии.
До тех пор, пока центральная температура и плотность недостаточны
для начала термоядерных реакций синтеза, при сжатии
происходит выделение гравитационной энергии, половина которой, в
соответствии с теоремой вириала, идет на увеличение тепловой энергии, а
другая половина уходит в виде излучения. Эта фаза эволюции называется
стадией протозвезды.
Пример
Покажем, что при фрагментации протозвездного
облака на отдельные звезды массы образующихся
звезд не могут быть ниже некоторого фундаментального
предела, зависящего только от характерной массы
звезды
(M.J.Rees, 1976).
Облако с Джинсовской массой сжимается со временем свободного
падения, при этом повышение плотности и температуры ведет
к уменьшению значения Джинсовской массы и возможна фрагментация
на меньшие массы, которые самостоятельно начинают сжиматься
со своим временм свободного падения.
Процесс фрагментации прекращается до момента
загорания водорода в ядре звезды, когда повышение
плотности делает сжимающуюся протозвезду оптически
непрозрачной. Это означает, что выделение гравитационной
энергии связи
на временах порядка времени
свободного падения
становится порядка излучения
с поверхности АЧТ с температурой , т.е.
(
- постоянная Стефана-Больцмана). Учитывая, что
масса фрагментов не может быть меньше Джинсовской массы, из
соотношения
получаем
после некоторых преобразований (это непросто!)
где
- безразмерный параметр.
Т.к. горение водорода в ядре протозвезды
(т.е. переход на стадию главной последовательности)
начинается при 
кэВ
, получаем
. Заметим, что этот предел близок
к минимальной массе водородной звезды, в которой возможны термоядерные
реакции
.
Если бы гигантские молекулярные облака в Галактике (их
несколько 1000) свободно сжимались из-за гравитационной
неустойчивости, то за время 
лет из них образовались бы
звезды. Так как полная масса молекулярного водрода в Галактике
, то темп звездообразования составил бы
в год. Однако наблюдаемое значение темпа
звездообразования в Галактике - около 1 
в год. Это
замедление звездообразование обусловлено вращением и
магнитным полем (из-за вмороженности поля в космическую плазму).
С другой стороны, сжатию способствуют ударные волны при расширении остатков
вспышек сверхновых, спиральные волны плотности и звездный
ветер от горячих ОВ-звезд.
<< 5.1 Общие сведения | Оглавление | 5.3 Протозвезды. >>
|
Публикации с ключевыми словами:
звезды - Межзвездная среда - Космология - теоретическая астрофизика - астрофизика
Публикации со словами: звезды - Межзвездная среда - Космология - теоретическая астрофизика - астрофизика | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
