Protoplanetare Scheiben und Jets

Da kollabierendes Gas Drehimpuls mit sich führt, ist ein junger Stern von einer rotierenden Scheibe umgeben, die sein Wachstum speist und Planeten sät, während magnetisierte Jets senkrecht zur Scheibe schießen und Drehimpuls abführen.

Definition

Protoplanetare Scheiben sind die rotierenden Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben und aus denen Planeten entstehen, und Jets sind die kollimierten, schnellen Ausflüsse, die entlang der Scheibenachse gestartet werden und während der Akkretion Drehimpuls abführen.

Scope

Das Thema umfasst die Struktur, Temperatur und Lebensdauern zirkumstellarer Scheiben, die Akkretion von Scheibenmaterial auf den Stern und das Problem des Drehimpulstransports, den Start bipolarer Jets und molekularer Ausflüsse durch magnetische Kräfte sowie die Rolle von Scheiben als Geburtsstätten planetarer Systeme.

Core questions

• Warum haben junge Sterne Scheiben?
• Wie verliert Material in einer Scheibe Drehimpuls und akkretieren auf den Stern?
• Wie werden die bipolaren Jets und Ausflüsse junger Sterne gestartet?
• Wie entstehen aus Scheiben planetare Systeme?

Key concepts

• zirkumstellare Scheibe
• Akkretion
• Drehimpulstransport
• magnetorotatorische Instabilität
• bipolarer Jet
• Herbig-Haro-Objekt
• Scheibenwind

Key theories

Scheibenakkretion und Drehimpulstransport

Die Erhaltung des Drehimpulses zwingt einfallendes Gas in eine rotierende Scheibe; damit Material auf den Stern akkretieren kann, muss der Drehimpuls nach außen umverteilt werden, entweder durch turbulente Viskosität, die vermutlich aus der magnetorotatorischen Instabilität resultiert, oder durch magnetisierte Scheibenwinde.

Magnetozentrifugaler Start von Jets

Magnetische Feldlinien, die die rotierende Scheibe und den Stern durchdringen, schleudern ionisiertes Gas entlang der Rotationsachse nach außen und kollimieren es zu schnellen bipolaren Jets, die das umgebende Medium als Herbig-Haro-Objekte schockieren und den Drehimpuls abführen, den die Akkretion abgeben muss.

Mechanisms

Rotierender Infall setzt sich in einer Scheibe ab, in der Reibung oder magnetische Drehmomente Drehimpuls nach außen transportieren, wodurch Gas spiralförmig nach innen strömen und auf den Stern akkretieren kann. Magnetfelder, die in der rotierenden Scheibe und dem Stern verankert sind, beschleunigen und kollimieren einen Teil dieses Materials zu Jets entlang der Pole, die in das umgebende Gas eindringen und Drehimpuls aus dem System entfernen.

Clinical relevance

Protoplanetare Scheiben sind die Orte der Planetenentstehung, daher bestimmen ihre Struktur, Massen und Lebensdauern die Bedingungen für den Aufbau planetarer Systeme; Jets und Ausflüsse regulieren die Akkretion, injizieren Energie und Impuls in Wolken und sind markante Anzeichen der anhaltenden Sternentstehung.

History

Scheiben um junge Sterne wurden aus Infrarot-Exzessen abgeleitet und später direkt abgebildet; die magnetorotatorische Instabilität wurde 1991 von Balbus und Hawley als wahrscheinliche Quelle der Scheibenturbulenz identifiziert, und der von Blandford, Payne und anderen entwickelte magnetozentrifugale Mechanismus erklärte den Start von Jets.

Debates

Der dominierende Treiber der Scheibenakkretion

Es bleibt umstritten, ob die Akkretion hauptsächlich durch Turbulenzen aus der magnetorotatorischen Instabilität oder durch magnetisierte Scheibenwinde, die Drehimpuls vertikal abführen, gesteuert wird, insbesondere in den schlecht ionisierten Regionen, in denen die Instabilität unterdrückt sein kann.

Key figures

• Frank Shu
• Steven Balbus
• John Hawley
• Roger Blandford

Seminal works

• frank2014
• shu1987

Frequently asked questions

Warum bildet ein junger Stern eine Scheibe anstelle einer Kugel?

Das kollabierende Gas weist eine gewisse Rotation auf, und wenn es nach innen fällt, beschleunigt die Drehimpulserhaltung es; Gas kann entlang der Rotationsachse frei fallen, wird aber durch die Rotation in der senkrechten Ebene zurückgehalten, sodass es sich zu einer abgeflachten, rotierenden Scheibe absetzt.

Was sind Herbig-Haro-Objekte?

Es sind helle Knoten und Schockfronten, die entstehen, wenn die schnellen Jets eines jungen Sterns in das umgebende interstellare Gas einschlagen und es so aufheizen, dass es leuchtet; sie verfolgen die Ausflüsse, die die frühesten Stadien der Sternentstehung begleiten.