Keseimbangan Hidrostatik dan Interior Bintang

Pada bintang yang stabil, setiap lapisan ditopang oleh gradien tekanan yang secara tepat mengimbangi tarikan gravitasi ke dalam, suatu kondisi yang disebut keseimbangan hidrostatik yang menentukan seluruh struktur internal.

Definition

Keseimbangan hidrostatik adalah keadaan di mana gaya gradien tekanan ke luar dalam bintang secara tepat mengimbangi gravitasi pada setiap jari-jari, sehingga tekanan meningkat secara mulus dari permukaan ke pusat.

Scope

Topik ini mencakup persamaan keseimbangan hidrostatik dan persamaan kontinuitas massa yang menyertainya, persamaan keadaan yang menghubungkan tekanan dengan kerapatan dan suhu untuk gas ideal, radiasi, dan materi terdegenerasi, teorema virial yang menghubungkan energi gravitasi dan termal, serta model interior sederhana seperti politrop.

Core questions

• Apa yang mengimbangi gravitasi di dalam bintang yang stabil?
• Bagaimana tekanan bergantung pada kerapatan dan suhu dalam materi bintang?
• Apa yang dikatakan teorema virial tentang anggaran energi bintang?
• Mengapa bintang yang berkontraksi memanas daripada mendingin?

Key concepts

• gradien tekanan
• kontinuitas massa
• persamaan keadaan
• teorema virial
• politrop
• tekanan pusat

Key theories

Keseimbangan hidrostatik

Gradien tekanan pada setiap jari-jari sama dengan berat lokal per satuan volume material di atasnya, sehingga tekanan meningkat ke dalam; dikombinasikan dengan kontinuitas massa, ini menentukan struktur mekanis bintang setelah persamaan keadaan ditentukan.

Teorema virial untuk gas yang saling gravitasi

Untuk bintang dalam keseimbangan, total energi internal berhubungan dengan energi potensial gravitasi dengan rasio tetap, sehingga kontraksi gravitasi melepaskan energi yang sebagian memanaskan gas, memberikan bintang kapasitas panas yang secara efektif negatif.

Mechanisms

Gravitasi menarik setiap cangkang gas ke dalam; gas merespons dengan memampat hingga tekanan di bawah setiap cangkang melebihi tekanan di atasnya cukup untuk menopang beratnya. Jika keseimbangan terganggu, bintang menyesuaikan diri pada skala waktu dinamis, dan kontraksi lambat mengubah energi gravitasi menjadi panas, meningkatkan suhu pusat.

Clinical relevance

Keseimbangan hidrostatik adalah asumsi dasar dari hampir semua model bintang; penyimpangan darinya menandakan pulsasi, keruntuhan, atau ledakan, menjadikannya keadaan referensi untuk memahami ketidakstabilan bintang dan supernova.

History

Lane dan Emden mengembangkan model politrop bola gas yang saling gravitasi pada akhir abad kesembilan belas dan awal abad kedua puluh, dan Eddington serta Chandrasekhar menetapkan kerangka kerja modern interior bintang gas hidrostatik pada tahun 1920-an dan 1930-an.

Key figures

• Arthur Eddington
• Subrahmanyan Chandrasekhar
• Jonathan Homer Lane
• Robert Emden

Seminal works

• kippenhahn2012
• chandrasekhar1939

Frequently asked questions

Mengapa bintang tidak runtuh begitu saja di bawah gravitasinya sendiri?

Gas di dalam bintang cukup panas dan padat sehingga tekanannya meningkat tajam ke arah pusat, menghasilkan gaya ke luar yang mengimbangi gravitasi di setiap lapisan; keruntuhan hanya terjadi ketika dukungan tekanan ini gagal, seperti pada inti bintang di akhir masa hidupnya.

Mengapa bintang memanas saat berkontraksi?

Berdasarkan teorema virial, ketika gas yang saling gravitasi berkontraksi, ia melepaskan energi gravitasi, dan sekitar setengah dari energi tersebut digunakan untuk meningkatkan suhu internal daripada dipancarkan, sehingga kontraksi gravitasi membuat bintang lebih panas.