เมฆโมเลกุลและบริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์

เมฆโมเลกุลที่เย็นและหนาแน่นเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ ซึ่งแรงโน้มถ่วงเอาชนะแรงพยุง และก๊าซยุบตัวลงกลายเป็นดาวฤกษ์และระบบดาวเคราะห์ใหม่

Definition

เมฆโมเลกุลคือบริเวณที่เย็นและหนาแน่นของสสารระหว่างดาว ซึ่งไฮโดรเจนส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลและถูกกำบังจากแสงดาว; บริเวณก่อกำเนิดดาวฤกษ์คือส่วนหนึ่งของเมฆเหล่านี้ที่แรงโน้มถ่วงในตัวเองเอาชนะแรงพยุงภายใน และก๊าซยุบตัวลงเพื่อก่อกำเนิดดาวฤกษ์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและคุณสมบัติของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ ความสัมพันธ์แบบสเกลระหว่างขนาด ความกว้างของเส้นสเปกตรัม และความหนาแน่น บทบาทของแรงโน้มถ่วง ความปั่นป่วน และสนามแม่เหล็กในการควบคุมการยุบตัว เกณฑ์ของยีนส์ (Jeans criterion) สำหรับความไม่เสถียร และลำดับขั้นตอนที่แกนกลางหนาแน่นก่อตัวเป็นดาวฤกษ์แรกเริ่ม

Core questions

• คุณสมบัติทางกายภาพและโครงสร้างของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์คืออะไร?
• อะไรเป็นตัวกำหนดเงื่อนไขที่เมฆจะกลายเป็นไม่เสถียรภายใต้แรงโน้มถ่วง?
• ความปั่นป่วนและสนามแม่เหล็กควบคุมการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ได้อย่างไร?
• แกนกลางหนาแน่นยุบตัวลงเพื่อก่อกำเนิดดาวฤกษ์แรกเริ่มได้อย่างไร?

Key theories

ความสัมพันธ์แบบสเกลของลาร์สัน

ลาร์สันพบว่าเมฆโมเลกุลมีความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงขนาด การกระจายความเร็วภายใน และความหนาแน่น ซึ่งเป็นหลักฐานว่าความปั่นป่วนเหนือเสียงและโครงสร้างที่ใกล้สมดุลเป็นตัวควบคุมเมฆ

ความไม่เสถียรและการยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วง

เมื่อแรงโน้มถ่วงในตัวเองของเมฆมีค่าเกินกว่าแรงพยุงจากความดันความร้อน ความปั่นป่วน และสนามแม่เหล็ก ซึ่งกำหนดโดยเกณฑ์ต่างๆ เช่น มวลยีนส์ (Jeans mass) เมฆจะยุบตัวลงเพื่อก่อกำเนิดดาวฤกษ์

การยุบตัวของดาวฤกษ์แรกเริ่มจากภายในสู่ภายนอก

ชูและคณะได้อธิบายว่าแกนกลางหนาแน่นยุบตัวจากภายในสู่ภายนอกได้อย่างไร ก่อให้เกิดดาวฤกษ์แรกเริ่มตรงกลางที่ล้อมรอบด้วยจานพอกพูนมวลและซองหุ้มที่กำลังตกลงมา

Clinical relevance

เมฆโมเลกุลเป็นแหล่งกำเนิดโดยตรงของการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ทั้งหมด ดังนั้นการทำความเข้าใจเมฆเหล่านี้จึงเชื่อมโยงสสารระหว่างดาวเข้ากับต้นกำเนิดของดาวฤกษ์ ระบบดาวเคราะห์ และการเสริมสร้างทางเคมีของกาแล็กซี

History

การตรวจพบโมเลกุลระหว่างดาว โดยเฉพาะคาร์บอนมอนอกไซด์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ได้เผยให้เห็นว่าเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์เป็นแหล่งกักเก็บก๊าซหนาแน่นที่สำคัญ ความสัมพันธ์แบบสเกลของลาร์สันในปี 1981 และทฤษฎีการยุบตัวของชูในปี 1987 ได้วางกรอบว่าเมฆเหล่านี้ก่อกำเนิดดาวฤกษ์ได้อย่างไร ซึ่งเป็นภาพที่ได้รับการเสริมด้วยการศึกษาความปั่นป่วนและการพยุงด้วยสนามแม่เหล็กในภายหลัง

Key figures

• Frank Shu
• Richard Larson
• Christopher McKee
• Eve Ostriker

Seminal works

• larson1981
• shu1987
• mckee2007

Frequently asked questions

ทำไมดาวฤกษ์จึงก่อตัวในเมฆโมเลกุลและไม่ใช่ที่อื่น?

ดาวฤกษ์ต้องการก๊าซที่เย็นจัดและหนาแน่นมากเพื่อที่จะยุบตัวภายใต้แรงโน้มถ่วง เมฆโมเลกุลเป็นส่วนที่เย็นที่สุดและหนาแน่นที่สุดของสสารระหว่างดาว ซึ่งถูกกำบังจากแสงดาวที่รบกวน ดังนั้นจึงเป็นเพียงที่เดียวที่ก๊าซสามารถรวมตัวและยุบตัวเป็นดาวฤกษ์ได้

หากเมฆโมเลกุลส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลไฮโดรเจน ทำไมจึงมีการศึกษาโดยใช้คาร์บอนมอนอกไซด์?

ไฮโดรเจนโมเลกุลตรวจจับได้ยากโดยตรงเนื่องจากมีการแผ่รังสีน้อยที่อุณหภูมิเย็นของเมฆ คาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งเป็นโมเลกุลปริมาณน้อย แผ่รังสีได้ง่ายและเป็นตัวบ่งชี้ไฮโดรเจนได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้นจึงใช้เป็นตัวแทนในการทำแผนที่ก๊าซโมเลกุล