จานดาวเคราะห์ก่อนเกิดและเจ็ต

เนื่องจากแก๊สที่ยุบตัวลงมีโมเมนตัมเชิงมุม ดาวฤกษ์อายุน้อยจึงถูกห้อมล้อมด้วยจานหมุนที่หล่อเลี้ยงการเติบโตและเป็นแหล่งกำเนิดดาวเคราะห์ ในขณะที่เจ็ตที่มีสนามแม่เหล็กจะพุ่งตั้งฉากกับจานและพัดพาโมเมนตัมเชิงมุมออกไป

Definition

จานดาวเคราะห์ก่อนเกิดคือจานแก๊สและฝุ่นที่หมุนรอบดาวฤกษ์อายุน้อย ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของดาวเคราะห์ และเจ็ตคือการไหลออกที่พุ่งเป็นลำและมีความเร็วสูงตามแนวแกนของจาน ซึ่งจะกำจัดโมเมนตัมเชิงมุมออกไประหว่างการพอกพูน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้าง อุณหภูมิ และอายุขัยของจานดาวฤกษ์ การพอกพูนของสสารในจานเข้าสู่ดาวฤกษ์และปัญหาการขนส่งโมเมนตัมเชิงมุม การปล่อยเจ็ตสองขั้วและการไหลออกของโมเลกุลโดยแรงแม่เหล็ก และบทบาทของจานในฐานะแหล่งกำเนิดของระบบดาวเคราะห์

Core questions

• ทำไมดาวฤกษ์อายุน้อยจึงมีจาน?
• สสารในจานสูญเสียโมเมนตัมเชิงมุมและพอกพูนเข้าสู่ดาวฤกษ์ได้อย่างไร?
• เจ็ตสองขั้วและการไหลออกของดาวฤกษ์อายุน้อยถูกปล่อยออกมาได้อย่างไร?
• จานก่อให้เกิดระบบดาวเคราะห์ได้อย่างไร?

Key concepts

• จานดาวฤกษ์
• การพอกพูน
• การขนส่งโมเมนตัมเชิงมุม
• ความไม่เสถียรของการหมุนด้วยสนามแม่เหล็ก
• เจ็ตสองขั้ว
• วัตถุเฮอร์บิก-ฮาโร
• ลมจาน

Key theories

การพอกพูนของจานและการขนส่งโมเมนตัมเชิงมุม

การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมบังคับให้แก๊สที่ไหลเข้ามารวมตัวกันเป็นจานหมุน เพื่อให้สสารพอกพูนเข้าสู่ดาวฤกษ์ โมเมนตัมเชิงมุมจะต้องถูกกระจายออกไปด้านนอก โดยความหนืดแบบปั่นป่วนที่เชื่อว่าเกิดจากความไม่เสถียรของการหมุนด้วยสนามแม่เหล็ก หรือโดยลมจานที่มีสนามแม่เหล็ก

การปล่อยเจ็ตด้วยกลไกแม่เหล็กแรงเหวี่ยง

เส้นสนามแม่เหล็กที่พาดผ่านจานและดาวฤกษ์ที่หมุนอยู่จะเหวี่ยงแก๊สไอออนออกไปตามแนวแกนการหมุน ทำให้รวมตัวกันเป็นเจ็ตสองขั้วที่มีความเร็วสูง ซึ่งจะกระแทกกับตัวกลางโดยรอบในรูปของวัตถุเฮอร์บิก-ฮาโร และพัดพาโมเมนตัมเชิงมุมที่การพอกพูนจะต้องกำจัดออกไป

Mechanisms

การไหลเข้าที่หมุนวนจะรวมตัวกันเป็นจาน ซึ่งแรงเสียดทานหรือแรงบิดจากสนามแม่เหล็กจะขนส่งโมเมนตัมเชิงมุมออกไปด้านนอก ทำให้แก๊สสามารถหมุนวนเข้าด้านในและพอกพูนเข้าสู่ดาวฤกษ์ได้ สนามแม่เหล็กที่ยึดติดกับจานและดาวฤกษ์ที่หมุนอยู่จะเร่งและรวมสสารบางส่วนนี้ให้เป็นเจ็ตตามแนวขั้ว ซึ่งจะพุ่งชนแก๊สโดยรอบและกำจัดโมเมนตัมเชิงมุมออกจากระบบ

Clinical relevance

จานดาวเคราะห์ก่อนเกิดเป็นแหล่งกำเนิดของดาวเคราะห์ ดังนั้นโครงสร้าง มวล และอายุขัยของพวกมันจึงกำหนดเงื่อนไขสำหรับการสร้างระบบดาวเคราะห์ เจ็ตและการไหลออกจะควบคุมการพอกพูน ฉีดพลังงานและโมเมนตัมเข้าสู่เมฆ และเป็นสัญญาณที่โดดเด่นของการก่อตัวของดาวฤกษ์ที่กำลังดำเนินอยู่

History

จานรอบดาวฤกษ์อายุน้อยถูกอนุมานจากการมีส่วนเกินของรังสีอินฟราเรด และต่อมาได้ถูกถ่ายภาพโดยตรง ความไม่เสถียรของการหมุนด้วยสนามแม่เหล็ก (magnetorotational instability) ถูกระบุโดย Balbus และ Hawley ในปี 1991 ว่าเป็นแหล่งกำเนิดของความปั่นป่วนในจาน และกลไกแม่เหล็กแรงเหวี่ยง (magnetocentrifugal mechanism) ที่พัฒนาโดย Blandford, Payne และคนอื่นๆ ได้อธิบายการปล่อยเจ็ต

Debates

ปัจจัยหลักที่ขับเคลื่อนการพอกพูนของจาน

ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันว่าการพอกพูนถูกควบคุมโดยความปั่นป่วนจากความไม่เสถียรของการหมุนด้วยสนามแม่เหล็กเป็นหลัก หรือโดยลมจานที่มีสนามแม่เหล็กที่กำจัดโมเมนตัมเชิงมุมในแนวตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่มีการแตกตัวเป็นไอออนต่ำซึ่งความไม่เสถียรอาจถูกยับยั้ง

Key figures

• Frank Shu
• Steven Balbus
• John Hawley
• Roger Blandford

Seminal works

• frank2014
• shu1987

Frequently asked questions

ทำไมดาวฤกษ์อายุน้อยจึงก่อตัวเป็นจานแทนที่จะเป็นทรงกลม?

แก๊สที่ยุบตัวลงมีการหมุนอยู่บ้าง และเมื่อมันไหลเข้าด้านใน การอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมจะทำให้มันหมุนเร็วขึ้น แก๊สสามารถไหลได้อย่างอิสระตามแนวแกนการหมุน แต่ถูกยับยั้งโดยการหมุนในระนาบตั้งฉาก ดังนั้นมันจึงรวมตัวกันเป็นจานแบนที่หมุนอยู่

วัตถุเฮอร์บิก-ฮาโรคืออะไร?

พวกมันคือปมสว่างและแนวปะทะของคลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นเมื่อเจ็ตความเร็วสูงจากดาวฤกษ์อายุน้อยพุ่งชนแก๊สระหว่างดาวโดยรอบ ทำให้แก๊สร้อนขึ้นจนเรืองแสง พวกมันเป็นร่องรอยของการไหลออกที่มาพร้อมกับช่วงแรกสุดของการก่อตัวของดาวฤกษ์