Nuages moléculaires et effondrement gravitationnel

Les étoiles se forment au sein de vastes nuages froids de gaz moléculaire où les poches les plus denses, lorsque leur gravité l'emporte sur les forces qui les soutiennent, s'effondrent pour donner naissance à de nouvelles étoiles.

Definition

Les nuages moléculaires sont des régions froides et denses du milieu interstellaire composées principalement d'hydrogène moléculaire, et l'effondrement gravitationnel est la contraction incontrôlée d'une région en leur sein une fois que l'auto-gravité dépasse la pression et le soutien opposés.

Scope

Ce sujet aborde les propriétés physiques des nuages moléculaires géants et de leurs cœurs denses, le critère de Jeans pour l'instabilité gravitationnelle, les rôles de soutien de la pression thermique, de la turbulence supersonique et des champs magnétiques, ainsi que le début et les premières étapes de l'effondrement qui précèdent la formation des protoétoiles.

Core questions

• Quelles sont les propriétés des nuages moléculaires ?
• Dans quelles conditions un nuage devient-il gravitationnellement instable ?
• Qu'est-ce qui soutient les nuages contre l'effondrement ?
• Comment l'effondrement commence-t-il au sein d'un cœur dense ?

Key concepts

• nuage moléculaire géant
• masse de Jeans
• cœur dense
• turbulence supersonique
• soutien magnétique
• temps de chute libre
• poussière interstellaire

Key theories

Instabilité de Jeans

Un nuage de gaz auto-gravitant s'effondre lorsque sa masse dépasse la masse de Jeans, le seuil auquel la gravité l'emporte sur la pression thermique ; ce critère détermine l'échelle à laquelle les régions froides et denses des nuages moléculaires deviennent instables et commencent à se contracter.

Soutien turbulent et magnétique

Les nuages moléculaires sont soutenus non seulement par la pression thermique, mais aussi par la turbulence supersonique et les champs magnétiques ; ce soutien empêche la majeure partie du matériau du nuage de s'effondrer et signifie que seuls des cœurs denses et spécifiques atteignent les conditions de formation stellaire.

Mechanisms

Le refroidissement par les molécules et la poussière maintient les nuages moléculaires froids, abaissant la masse de Jeans afin que la gravité puisse agir ; au sein d'un nuage, la turbulence crée des régions denses transitoires, et là où la masse d'un cœur dépasse la masse de Jeans locale et que le soutien magnétique est surmonté, le cœur commence à se contracter approximativement sur son temps de chute libre pour former une protoétoile.

Clinical relevance

Les propriétés et la stabilité des nuages moléculaires déterminent où, quand et avec quelle efficacité les étoiles se forment, contrôlant le taux de formation stellaire des galaxies et l'approvisionnement en gaz dense observé dans des traceurs tels que le monoxyde de carbone et le continuum de poussière.

History

Jeans a dérivé le critère d'instabilité portant son nom en 1902 ; des travaux ultérieurs ont établi la nature moléculaire et la structure turbulente et magnétisée des nuages de formation stellaire, l'équilibre entre la gravité, la turbulence et les champs magnétiques étant synthétisé dans la théorie moderne examinée par McKee et Ostriker.

Key figures

• James Jeans
• Christopher McKee
• Eve Ostriker
• Leon Mestel

Seminal works

• jeans1902
• mckee2007

Frequently asked questions

Pourquoi les nuages de formation stellaire sont-ils si froids ?

L'hydrogène moléculaire et les molécules traces, ainsi que les grains de poussière, dissipent efficacement la chaleur et protègent l'intérieur de la lumière stellaire, maintenant ces nuages à seulement environ dix à vingt degrés au-dessus du zéro absolu, ce qui abaisse la pression et permet à la gravité de l'emporter.

Qu'est-ce que la masse de Jeans ?

C'est la masse critique au-dessus de laquelle une région de gaz, à une température et une densité données, ne peut plus se soutenir contre la gravité et commence à s'effondrer ; un gaz plus froid et plus dense a une masse de Jeans plus petite et s'effondre donc plus facilement.