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金斯不稳定性

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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]金斯长度玻尔兹曼常数温度万有引力常数平均分子量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

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可以证明,对于一个密度均匀的球体,其总引力势能其中为云团质量,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

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  1. ^ 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.