Молекулярные облака и гравитационный коллапс

Звезды образуются внутри обширных холодных облаков молекулярного газа, где наиболее плотные области, когда их гравитация превосходит силы, удерживающие их, коллапсируют, давая начало новым звездам.

Definition

Молекулярные облака — это холодные, плотные области межзвездной среды, состоящие в основном из молекулярного водорода, а гравитационный коллапс — это неудержимое сжатие области внутри них, когда самогравитация превышает противодействующее давление и поддержку.

Scope

Тема охватывает физические свойства гигантских молекулярных облаков и их плотных ядер, критерий Джинса для гравитационной неустойчивости, поддерживающие роли теплового давления, сверхзвуковой турбулентности и магнитных полей, а также начало и ранние стадии коллапса, предшествующие формированию протозвезды.

Core questions

• Каковы свойства молекулярных облаков?
• При каких условиях облако становится гравитационно неустойчивым?
• Что поддерживает облака от коллапса?
• Как начинается коллапс внутри плотного ядра?

Key concepts

• гигантское молекулярное облако
• масса Джинса
• плотное ядро
• сверхзвуковая турбулентность
• магнитная поддержка
• время свободного падения
• межзвездная пыль

Key theories

Неустойчивость Джинса

Самогравитирующее газовое облако коллапсирует, когда его масса превышает массу Джинса — порог, при котором гравитация преодолевает тепловое давление; этот критерий определяет масштаб, при котором холодные, плотные области молекулярных облаков становятся нестабильными и начинают сжиматься.

Турбулентная и магнитная поддержка

Молекулярные облака поддерживаются не только тепловым давлением, но и сверхзвуковой турбулентностью и магнитными полями; эта поддержка предотвращает коллапс большей части материала облака и означает, что только особые, плотные ядра достигают условий для звездообразования.

Mechanisms

Охлаждение молекулами и пылью поддерживает низкую температуру молекулярных облаков, снижая массу Джинса, что позволяет гравитации действовать; внутри облака турбулентность создает временные плотные области, и там, где масса ядра превышает локальную массу Джинса и преодолевается магнитная поддержка, ядро начинает сжиматься примерно за время свободного падения, направляясь к формированию протозвезды.

Clinical relevance

Свойства и стабильность молекулярных облаков определяют, где, когда и насколько эффективно образуются звезды, контролируя скорость звездообразования галактик и запас плотного газа, наблюдаемого с помощью таких трассеров, как монооксид углерода и пылевой континуум.

History

Джинс вывел критерий неустойчивости, носящий его имя, в 1902 году; более поздние работы установили молекулярную природу и турбулентную, намагниченную структуру звездообразующих облаков, при этом баланс между гравитацией, турбулентностью и магнитными полями был синтезирован в современной теории, рассмотренной Макки и Острикером.

Key figures

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

Seminal works

• jeans1902
• mckee2007

Frequently asked questions

Почему звездообразующие облака такие холодные?

Молекулярный водород и следовые молекулы, наряду с пылевыми частицами, эффективно излучают тепло и экранируют внутреннюю часть от звездного света, поддерживая температуру этих облаков всего на десять-двадцать градусов выше абсолютного нуля, что снижает давление и позволяет гравитации преобладать.

Что такое масса Джинса?

Это критическая масса, выше которой область газа при заданной температуре и плотности больше не может противостоять гравитации и начинает коллапсировать; более холодный, плотный газ имеет меньшую массу Джинса и, следовательно, коллапсирует легче.