Как межзвездные атомы водорода образуют звезды?

Кэрролл , Остли и Шу — превосходные вводные тексты, в которых хорошо обсуждается звездообразование. Первое несколько более количественное, второе качественное. Кроме того, онлайн-заметки Марка Крумхольца просто фантастические, если у вас есть опыт работы в физике. Страница википедии тоже неплоха для понятий.

Звездообразование

Наиболее простой трактовкой звездообразования обычно является «коллапс джинсов» (или «нестабильность») . Вы начинаете с большого объема газа и оцениваете, при какой массе и радиусе ("масса Джина" и "радиус Джина") "облако" схлопнется и начнет формировать звезды. Исходный материал должен иметь ненулевую температуру, потому что 1) достижение 0 градусов по Кельвину невозможно, 2) тепловое движение и давление — это то, что удерживает газ от коллапса.

Как вы предполагаете, любые начальные возмущения плотности (которых всегда много) могут быть семенами для начального коллапса. Если представить совершенно однородное распределение холодного вещества, то любое увеличение плотности будет нестабильным и вызовет гравитационный коллапс. Коллапс обычно считается «иерархическим» — большое облако или «скопление» (1000–10 000 солнечных масс) начнет коллапсировать, а затем внутри него коллапсируют более мелкие «ядра» (сотни солнечных масс). затем, наконец, протозвезды внутри ядер.

Если газ горячий, он не схлопнется, потому что тепловое давление сопротивляется гравитации. Таким образом, звездообразование требует охлаждения (детали которого являются очень активной областью исследований). Чтобы образовались звезды, газ должен достичь температуры около 10 Кельвинов (очень холодно!). При таких низких температурах водород нейтрален (ионы существуют при более высоких температурах) и в конечном итоге объединяется в «молекулярный водород» ($H_2$).

Пыль (молекулы тяжелее$H_2$на астро-термине) способствует охлаждению и, таким образом, связан с усилением звездообразования. Пыль и молекулярный газ — это основное, что вы видите в областях активного звездообразования, таких как туманность Киля.

Если вы воспримете то, что вы описали буквально, настолько бесконечное по протяженности (поэтому нет результирующей силы в каждой точке) и при 0K, так что каждая частица не движется, пренебрегая другим беспорядком из 0K, тогда у вас вполне может быть просто статическое пылевое облако. , но поскольку это не физический взгляд, вместо этого посмотрите на конечное облако при некоторой температуре, близкой к 0K. Затем, как описано выше, вы получите звезды в результате, прежде всего, суммарной силы, направленной к какому-то центру, а также локальных областей большей плотности, которые в конечном итоге также будут собирать материю. Повышение температуры означает, что каждая частица может располагаться выше в гравитационном потенциале системы, что, вероятно, немного замедлит формирование всей звезды. Когда звезды начинают формироваться, частицы, естественно, получат больше кинетической энергии, а температура повысится, так что будет некоторое внешнее давление, противодействующее коллапсу, но общая гравитация победит, если мы говорим о значительном пылевом облаке. Если мы говорим о близком к абсолютному нулю, то не было бы никакой ионизации, если бы плотность не была очень-очень низкой, а вероятность встречи положительного и отрицательного ионов очень мала. Глядя на молекулы и больше, я думаю, что все, что увеличивает неоднородность, приведет к более быстрому коллапсу.

Не уверен, насколько это замечательно и насколько верны некоторые части, но я уверен, что другие исправят там, где это необходимо, попробуйте изучить ньютоновскую гравитацию, в частности, потенциальную яму внутри сферически симметричного тела с постоянной плотностью. Думаю, это было бы весьма поучительно.