Nuvens Moleculares e Colapso Gravitacional

As estrelas formam-se no interior de vastas e frias nuvens de gás molecular, onde os bolsões mais densos, quando a sua gravidade supera as forças que os sustentam, colapsam para dar origem a novas estrelas.

Definition

Nuvens moleculares são regiões frias e densas do meio interestelar compostas principalmente por hidrogênio molecular, e o colapso gravitacional é a contração descontrolada de uma região dentro delas, uma vez que a autogravidade excede a pressão e o suporte opostos.

Scope

O tópico abrange as propriedades físicas das nuvens moleculares gigantes e seus núcleos densos, o critério de Jeans para instabilidade gravitacional, os papéis de suporte da pressão térmica, turbulência supersônica e campos magnéticos, e o início e as fases iniciais do colapso que precedem a formação de protoestrelas.

Core questions

• Quais são as propriedades das nuvens moleculares?
• Sob que condições uma nuvem se torna gravitacionalmente instável?
• O que sustenta as nuvens contra o colapso?
• Como o colapso começa dentro de um núcleo denso?

Key concepts

• nuvem molecular gigante
• massa de Jeans
• núcleo denso
• turbulência supersônica
• suporte magnético
• tempo de queda livre
• poeira interestelar

Key theories

Instabilidade de Jeans

Uma nuvem de gás autogravitante colapsa quando sua massa excede a massa de Jeans, o limiar no qual a gravidade supera a pressão térmica; este critério define a escala na qual regiões frias e densas de nuvens moleculares se tornam instáveis e começam a contrair.

Suporte turbulento e magnético

As nuvens moleculares são sustentadas não apenas pela pressão térmica, mas também pela turbulência supersônica e campos magnéticos; esse suporte impede que a maior parte do material da nuvem colapse e significa que apenas núcleos densos e especiais atingem as condições para a formação estelar.

Mechanisms

O resfriamento por moléculas e poeira mantém as nuvens moleculares frias, diminuindo a massa de Jeans para que a gravidade possa atuar; dentro de uma nuvem, a turbulência cria regiões densas transitórias, e onde a massa de um núcleo excede a massa de Jeans local e o suporte magnético é superado, o núcleo começa a contrair aproximadamente no seu tempo de queda livre em direção à formação de uma protoestrela.

Clinical relevance

As propriedades e a estabilidade das nuvens moleculares determinam onde, quando e com que eficiência as estrelas se formam, controlando a taxa de formação estelar das galáxias e o suprimento de gás denso observado em traçadores como monóxido de carbono e contínuo de poeira.

History

Jeans derivou o critério de instabilidade que leva seu nome em 1902; trabalhos posteriores estabeleceram a natureza molecular e a estrutura turbulenta e magnetizada das nuvens formadoras de estrelas, com o equilíbrio entre gravidade, turbulência e campos magnéticos sintetizado na teoria moderna revisada por McKee e Ostriker.

Key figures

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

Seminal works

• jeans1902
• mckee2007

Frequently asked questions

Por que as nuvens formadoras de estrelas são tão frias?

O hidrogênio molecular e moléculas-traço, juntamente com grãos de poeira, irradiam calor eficientemente e protegem o interior da luz estelar, mantendo essas nuvens a apenas cerca de dez a vinte graus acima do zero absoluto, o que diminui a pressão e permite que a gravidade prevaleça.

O que é a massa de Jeans?

É a massa crítica acima da qual uma região de gás a uma dada temperatura e densidade não consegue mais se sustentar contra a gravidade e começa a colapsar; gás mais frio e denso tem uma massa de Jeans menor e, portanto, colapsa mais facilmente.