การก่อกำเนิดดาวฤกษ์และปฏิกิริยาย้อนกลับในกาแล็กซี

กาแล็กซีเปลี่ยนก๊าซเย็นให้เป็นดาวฤกษ์ด้วยอัตราที่กำหนดโดยปริมาณก๊าซ และพลังงานที่ได้จากดาวฤกษ์เหล่านั้นจะควบคุมและบางครั้งก็หยุดยั้งการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ต่อไป

Definition

การก่อกำเนิดดาวฤกษ์ในกาแล็กซีคือการเปลี่ยนก๊าซระหว่างดาวฤกษ์ที่เย็นให้เป็นดาวฤกษ์ ในขณะที่ปฏิกิริยาย้อนกลับ (feedback) คือการส่งคืนพลังงาน, โมเมนตัม, และสสารที่อุดมสมบูรณ์จากดาวฤกษ์และหลุมดำที่กำลังสะสมมวลกลับไปยังก๊าซโดยรอบ ซึ่งทั้งหมดนี้ร่วมกันกำหนดว่ากาแล็กซีจะก่อกำเนิดดาวฤกษ์ได้เร็วแค่ไหนและนานเท่าใด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกฎการก่อกำเนิดดาวฤกษ์เชิงประจักษ์ที่เชื่อมโยงความหนาแน่นของก๊าซกับอัตราการก่อกำเนิดดาวฤกษ์, ประสิทธิภาพที่ต่ำในการเปลี่ยนก๊าซเป็นดาวฤกษ์, พลังงานและโมเมนตัมที่ถูกปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์มวลมากและซูเปอร์โนวา, บทบาทของนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ในปฏิกิริยาย้อนกลับ, และวิธีที่ปฏิกิริยาย้อนกลับกำหนดมวลและปริมาณก๊าซของกาแล็กซี

Core questions

• ความสัมพันธ์ใดที่เชื่อมโยงปริมาณก๊าซของกาแล็กซีกับอัตราการก่อกำเนิดดาวฤกษ์?
• เหตุใดการก่อกำเนิดดาวฤกษ์จึงไม่มีประสิทธิภาพมากนักในระดับกาแล็กซี?
• ซูเปอร์โนวาและดาวฤกษ์มวลมากส่งพลังงานกลับคืนสู่สสารระหว่างดาวฤกษ์ได้อย่างไร?
• ปฏิกิริยาย้อนกลับควบคุมการเติบโตและการหยุดการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ของกาแล็กซีได้อย่างไร?

Key theories

กฎของเคนนิคัตต์-ชมิดท์

อัตราการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ต่อหน่วยพื้นที่ของกาแล็กซีแปรผันตามกำลังของความหนาแน่นพื้นผิวของก๊าซ ซึ่งเป็นความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ที่สรุปว่าก๊าซถูกเปลี่ยนเป็นดาวฤกษ์ในกาแล็กซีได้อย่างไร

ปฏิกิริยาย้อนกลับจากดาวฤกษ์

การแผ่รังสี, ลมดาวฤกษ์, และการระเบิดของซูเปอร์โนวาจากดาวฤกษ์มวลมากทำให้ก๊าซร้อนขึ้นและกระจายตัวออกไป ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพการก่อกำเนิดดาวฤกษ์และขับเคลื่อนการไหลออกของกาแล็กซี

การเติบโตของกาแล็กซีที่ควบคุมโดยปฏิกิริยาย้อนกลับ

ปฏิกิริยาย้อนกลับจากดาวฤกษ์และหลุมดำรวมกันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแบบจำลองในการจำลองฟังก์ชันมวลของกาแล็กซีที่สังเกตได้ ซึ่งป้องกันไม่ให้ดาวฤกษ์ก่อตัวมากเกินไปทั้งในกาแล็กซีขนาดเล็กและขนาดใหญ่

Clinical relevance

การก่อกำเนิดดาวฤกษ์และปฏิกิริยาย้อนกลับกำหนดคุณสมบัติที่มองเห็นได้ของกาแล็กซี, การเสริมสร้างทางเคมีของก๊าซ, และมวลที่กาแล็กซีหยุดการเติบโต; การจำลองปฏิกิริยาย้อนกลับได้อย่างถูกต้องเป็นความท้าทายหลักในการจำลองกาแล็กซีที่สมจริง

History

ข้อเสนอของชมิดท์ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับกฎที่เชื่อมโยงความหนาแน่นของก๊าซกับการก่อกำเนิดดาวฤกษ์ได้รับการยืนยันจากการสังเกตการณ์อย่างมั่นคงโดยเคนนิคัตต์ในปี 1998 เมื่อการจำลองมีความก้าวหน้ามากขึ้น การตระหนักว่าปฏิกิริยาย้อนกลับจากซูเปอร์โนวาและนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์มีความสำคัญต่อการจำลองกาแล็กซีจริงได้กลายเป็นประเด็นหลักของสาขาวิชานี้

Key figures

• Robert Kennicutt
• Maarten Schmidt
• Thorsten Naab
• Jeremiah Ostriker

Seminal works

• kennicutt1998
• kennicutt2012
• naab2017

Frequently asked questions

เหตุใดกาแล็กซีจึงไม่เปลี่ยนก๊าซทั้งหมดให้เป็นดาวฤกษ์?

การก่อกำเนิดดาวฤกษ์เป็นการจำกัดตัวเอง พลังงานและโมเมนตัมจากดาวฤกษ์มวลมากอายุน้อยและซูเปอร์โนวาทำให้ก๊าซโดยรอบร้อนขึ้นและพัดพาออกไป ดังนั้นมีเพียงส่วนน้อยของก๊าซในกาแล็กซีเท่านั้นที่ถูกเปลี่ยนเป็นดาวฤกษ์ต่อหนึ่งรอบการโคจร

ปฏิกิริยาย้อนกลับในการก่อกำเนิดกาแล็กซีคืออะไร?

ปฏิกิริยาย้อนกลับคือการส่งคืนพลังงานและสสารจากดาวฤกษ์และหลุมดำที่กำลังสะสมมวลกลับไปยังก๊าซโดยรอบ มันควบคุมการก่อกำเนิดดาวฤกษ์, ขับเคลื่อนการไหลออก, และเป็นสิ่งจำเป็นในการอธิบายว่าเหตุใดกาแล็กซีจึงไม่ใหญ่กว่าที่สังเกตได้มากนัก