金斯不稳定性
外观
在恒星形成过程中,当分子云的热压力不足以抵抗引力时,会在引力的作用下发生塌缩,这一现象称为金斯不稳定性,以物理学家詹姆士·金斯为名。在分子云的内部,存在引力和因分子热运动产生的热压力。如果热压力足够高,则微小的密度涨落能够被热压力所克服,如果热压力比起引力来说是可以被忽略的,那么微小的密度涨落能够被无限放大,最终导致整个分子云在引力的作用下塌缩。塌缩的临界尺度为[1]为金斯长度,为玻尔兹曼常数,为温度,为万有引力常数,为平均分子量,为氢原子质量,为云团的平均密度。如果密度扰动区域的长度大于金斯长度时,会发生引力塌缩。
理论推导
[编辑]可以证明,对于一个密度均匀的球体,其总引力势能为其中为云团质量,为云团半径。云团内粒子因热运动产生的总动能为:为粒子总数,。
根据位力定理,云团收缩的条件是,因此联立两方程,云团自发收缩的尺度很容易得出:根据密度的定义,同样可以写出云团自发收缩的最小质量,称为金斯质量:金斯长度的推导并未考虑到外界压力对云团的影响,考虑外界压力影响后,云团自发收缩的最小质量由伯纳-依伯特质量给出。
当分子云的半径大于金斯长度或质量大于金斯质量时,会发生引力塌缩。塌缩的过程中介质的黏性可以忽略,因此塌缩时标是自由落体时标。
相关条目
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参考资料
[编辑]- ^ Carroll, Bradley W.; Ostlie, Dale A. 当代天体物理学导论. 由姜碧沩; 李庆康; 高健; 孔令杰翻译. 北京: 科学出版社. 2023.11: 339. ISBN 978-7-03-076666-3.