Краткий ответ: потенциальная энергия гравитации преобразуется в тепло.

Давайте посмотрим на Солнце в качестве примера. Его масса$M_\odot = 2.0\times10^{30}\ \mathrm{kg}$и его радиус$R_\odot = 7.0\times10^8\ \mathrm{m}$. Если бы его плотность была одинаковой, его гравитационная энергия связи была бы

Откуда появилось Солнце? Что-то вроде гигантского молекулярного облака с плотностью$2\times10^{-15}\ \mathrm{kg/m^3}$. Таким образом, масса Солнца была бы растянута на что-то вроде сферы радиусом$6\times10^{14}\ \mathrm{m}$, для гравитационной энергии связи

Все$2.3\times10^{41}\ \mathrm{J}$нужно было куда-то идти, и единственное место, где можно сбросить энергию, — это тепло. Частицы газа приобретают скорость, когда падают в потенциальную яму , но не теряют ее, потому что никогда не выбираются обратно из ямы.

Не беспокоясь о том, является ли нагрев изобарным, изохорным или где-то посередине, теплоемкость одноатомного газа примерно вдвое превышает постоянную идеального газа, или$8.3\times10^3\ \mathrm{J\,K^{-1}\,kg^{-1}}$. При таком количестве, чтобы обогреть все$M_\odot$по средней температуре Солнца (скажем$10^7\ \mathrm{K}$, где-то между температурой ядра и поверхности), вам потребуется около$1.7\times10^{41}\ \mathrm{J}$энергии. В результате гравитационного коллапса выделяется достаточно энергии, чтобы нагреть Солнце до его нынешней температуры. Можно провести более подробный анализ с учетом того, насколько сильно происходит охлаждение при коллапсе, но крутая температурная зависимость закона Стефана-Больцмана затрудняет отдачу тепла в космос, пока объект уже не станет горячим. Я также пренебрегаю фактором$2$это происходит от разделения энергии между нагревом газа и его сжатием.

Когда материал становится таким горячим, он просто светится, как любой излучатель абсолютно черного тела . Энергия, потерянная в космосе, восполняется за счет ядерного синтеза в ядре. На самом деле термоядерный синтез действует как регулятор: его слишком много, и звезда расширяется и остывает, замедляя термоядерный синтез; слишком мало, и звезда коллапсирует дальше, нагреваясь сильнее и увеличивая скорость синтеза.

Таким образом, гравитационный коллапс обеспечивает начальную энергию для нагрева звезды. Когда он использует этот источник энергии, он начинает подключаться к синтезу. В конечном итоге достигается равновесие, при котором энергия, произведенная в результате синтеза, уравновешивается энергией, излучаемой в космос.

Я не собираюсь пытаться узурпировать совершенно хороший ответ Криса Уайта, а просто дополню некоторые детали и отвечу на редактирование.

Для такой звезды, как Солнце, коллапс протекает в 4 основных этапа, каждый из которых занимает примерно в 10 раз больше времени, чем предыдущий.

1. Псевдосферический коллапс облака - недалеко от шкалы времени свободного падения, часто упоминается как несколько$10^4$годы.

2. Фаза I класса. Центральная протозвезда срастается с диска, который питается от окружающей оболочки - несколько$10^5$лет (для такой звезды, как Солнце). Большая часть массы звезды собирается в фазах 1 и 2.

3. Фаза II класса. Оболочка рассеивается, аккреция по диску идет на центральную протозвезду в течение нескольких миллионов лет (опять же, для такой звезды, как Солнце). В этот момент протозвезда обычно в 2-5 раз превышает радиус своей основной последовательности.

4. Бездисковая звезда III класса. Массовая аккреция почти прекратилась, и звезда сжимается по «шкале времени Кельвина-Гельмгольца» — в основном ее гравитационная потенциальная энергия, деленная на ее светимость. Это самый длинный временной шаг, зависящий от массы. Это около 10 миллионов лет для звезды, подобной Солнцу, и 100 миллионов лет для М-карлика. И наоборот, все вышеперечисленное происходит намного быстрее для звезд с большей массой, где начало коллапса до воспламенения может занять несколько секунд.$10^5$лет всего.

Звезда не является ни «пылающей», ни «огненной» в том смысле, в каком мы используем эти слова о земных вещах. Это просто большой горячий шар ионизированного газа.

Единственное, что происходит «с ним», так это то, что он становится горячее и плотнее. В какой-то момент температура поднимается достаточно высоко, чтобы ионизировать газ. Позднее становится возможным еще слияние с ненулевыми скоростями.

Энергия для потепления исходит от гравитации, и сколько хорошо описано теоремой вириала .

Протозвезда продолжает сжиматься и нагреваться до тех пор, пока мощность, производимая термоядерным синтезом, не сравняется с мощностью, теряемой излучением с поверхности, после чего система приходит в равновесие и перестает коллапсировать.

ответ на самом деле очень прост. Электроны, протоны, нейтроны и другие субатомные частицы не существуют в той степени близости, в которую их вынудило коллапсирующее начало. Массивная гравитационная сила преодолевает равновесные силы, существующие в материи в ее «нормальном» состоянии («нормальное» здесь относится к состоянию газопылевого облака до того, как гравитационная сила достигнет уровня сжатия звезд).

Сжатие, вызванное гравитацией, должно куда-то деваться, поэтому температура коллапсирующего тела возрастает. Любой, кто когда-либо накачивал велосипедную шину ручным насосом, сталкивался с газовым аналогом молекулярного сжатия.

Очевидно, что с повышением температуры увеличивается и излучение электромагнитной энергии, но недостаточно быстро, чтобы звезда остыла.

Для этого ответа вам не нужны уравнения и статистика диаметра / массы - они говорят о величине эффекта, который на самом деле не является вопросом ОП.