金斯不穩定性
外觀
在恆星形成過程中,當分子雲的熱壓力不足以抵抗引力時,會在引力的作用下發生塌縮,這一現象稱為金斯不穩定性,以物理學家詹姆士·金斯為名。在分子雲的內部,存在引力和因分子熱運動產生的熱壓力。如果熱壓力足夠高,則微小的密度漲落能夠被熱壓力所克服,如果熱壓力比起引力來說是可以被忽略的,那麼微小的密度漲落能夠被無限放大,最終導致整個分子雲在引力的作用下塌縮。塌縮的臨界尺度為[1]為金斯長度,為玻爾茲曼常數,為溫度,為萬有引力常數,為平均分子量,為氫原子質量,為雲團的平均密度。如果密度擾動區域的長度大於金斯長度時,會發生引力塌縮。
理論推導
[編輯]可以證明,對於一個密度均勻的球體,其總引力勢能為其中為雲團質量,為雲團半徑。雲團內粒子因熱運動產生的總動能為:為粒子總數,。
根據位力定理,雲團收縮的條件是,因此聯立兩方程,雲團自發收縮的尺度很容易得出:根據密度的定義,同樣可以寫出雲團自發收縮的最小質量,稱為金斯質量:金斯長度的推導並未考慮到外界壓力對雲團的影響,考慮外界壓力影響後,雲團自發收縮的最小質量由伯納-依伯特質量給出。
當分子雲的半徑大於金斯長度或質量大於金斯質量時,會發生引力塌縮。塌縮的過程中介質的黏性可以忽略,因此塌縮時標是自由落體時標。
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參考資料
[編輯]- ^ Carroll, Bradley W.; Ostlie, Dale A. 当代天体物理学导论. 由姜碧溈; 李慶康; 高健; 孔令傑翻譯. 北京: 科學出版社. 2023.11: 339. ISBN 978-7-03-076666-3.