تعادل هیدرواستاتیک و فضای داخلی ستارگان
در یک ستاره پایدار، هر لایه توسط گرادیان فشاری که دقیقاً نیروی گرانش رو به داخل را متعادل میکند، نگه داشته میشود. این وضعیت که تعادل هیدرواستاتیک نامیده میشود، کل ساختار داخلی ستاره را تعیین میکند.
Definition
تعادل هیدرواستاتیک حالتی است که در آن نیروی گرادیان فشار رو به بیرون در یک ستاره دقیقاً نیروی گرانش را در هر شعاع متعادل میکند، به طوری که فشار به آرامی از سطح به سمت مرکز افزایش مییابد.
Scope
این موضوع شامل معادله تعادل هیدرواستاتیک و معادله پیوستگی جرم همراه آن، معادله حالت مربوط به فشار، چگالی و دما برای گاز ایدهآل، تابش و ماده تباهیده، قضیه ویریال که انرژی گرانشی و حرارتی را به هم پیوند میدهد، و مدلهای داخلی ساده مانند پلیتروپها میشود.
Core questions
- چه چیزی گرانش را در داخل یک ستاره پایدار متعادل میکند؟
- چگونه فشار به چگالی و دما در ماده ستارهای بستگی دارد؟
- قضیه ویریال در مورد بودجه انرژی یک ستاره چه میگوید؟
- چرا یک ستاره در حال انقباض به جای سرد شدن، گرم میشود؟
Key concepts
- گرادیان فشار
- پیوستگی جرم
- معادله حالت
- قضیه ویریال
- پلیتروپ
- فشار مرکزی
Key theories
- تعادل هیدرواستاتیک
- گرادیان فشار در هر شعاع برابر با وزن محلی در واحد حجم ماده بالایی است، به طوری که فشار به سمت داخل افزایش مییابد؛ این امر همراه با پیوستگی جرم، ساختار مکانیکی یک ستاره را پس از مشخص شدن معادله حالت، تثبیت میکند.
- قضیه ویریال برای گاز خودگرانشی
- برای یک ستاره در حال تعادل، کل انرژی داخلی با انرژی پتانسیل گرانشی با یک نسبت ثابت مرتبط است، به طوری که انقباض گرانشی انرژی را آزاد میکند که بخشی از آن گاز را گرم میکند و به ستارگان ظرفیت گرمایی مؤثر منفی میدهد.
Mechanisms
گرانش هر پوسته گازی را به سمت داخل میکشد؛ گاز با فشرده شدن واکنش نشان میدهد تا زمانی که فشار زیر هر پوسته به اندازهای از فشار بالای آن بیشتر شود که وزن آن را تحمل کند. اگر تعادل مختل شود، ستاره در یک مقیاس زمانی دینامیکی تنظیم میشود و انقباض آهسته انرژی گرانشی را به گرما تبدیل میکند و دمای مرکزی را افزایش میدهد.
Clinical relevance
تعادل هیدرواستاتیک فرض اساسی تقریباً تمام مدلهای ستارهای است؛ انحراف از آن نشاندهنده تپش، فروپاشی یا انفجار است و آن را به حالت مرجعی تبدیل میکند که بیثباتیهای ستارهای و ابرنواخترها بر اساس آن درک میشوند.
History
لین و امدن مدلهای پلیتروپیک کرههای گازی خودگرانشی را در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توسعه دادند، و ادینگتون و چاندراسخار چارچوب مدرن فضای داخلی ستارهای هیدرواستاتیک و گازی را در دهههای ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ پایهگذاری کردند.
Key figures
- Arthur Eddington
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Jonathan Homer Lane
- Robert Emden
Related topics
Seminal works
- kippenhahn2012
- chandrasekhar1939
Frequently asked questions
- چرا یک ستاره به سادگی تحت گرانش خود فرو نمیریزد؟
- گاز درون یک ستاره به اندازهای داغ و چگال است که فشار آن به شدت به سمت مرکز افزایش مییابد و نیروی رو به بیرون تولید میکند که گرانش را در هر لایه متعادل میکند؛ تنها زمانی که این پشتیبانی فشار از بین برود، مانند هسته ستارهای در پایان عمرش، فروپاشی رخ میدهد.
- چرا یک ستاره هنگام انقباض گرم میشود؟
- بر اساس قضیه ویریال، هنگامی که یک گاز خودگرانشی منقبض میشود، انرژی گرانشی آزاد میکند و تقریباً نیمی از آن انرژی به جای تابش، صرف افزایش دمای داخلی میشود، بنابراین انقباض گرانشی ستارگان را گرمتر میکند.