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金斯不稳定性是指在恒星形成过程中,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。

在分子云的内部,存在引力和因分子热运动产生的热压力。[1]

简介

由万有引力产生的一种不稳定性,因詹姆斯·霍普伍德·金斯(James Hopwood Jeans)在二十世纪初最先研究而得名。对于一个自引力体系,如果它的基态是均匀的或准均匀的,密度为ρ0,则存在一个临界波长λJ,亦称金斯波长:

式中G为万有引力常数;α0为声速。λJ的基本性质是:尺度小于λJ的密度扰动,只能在体系中传播而不能增长;尺度大于λJ的密度扰动将随时间而增长,即密度大的地方将变得更密,这就是不稳定性。这个不稳定性判据称为金斯判据。

对于一个无转动的体系,临界波长λJ与整个体系的尺度为同一量级,因此,对于尺度为λJ的扰动来说,体系不能看做是均匀或准均匀的,上述结论就不适用。对于一个有转动的体系,λJ可能小于体系的尺度,可以应用上述结论。尽管金斯不稳定性在定量的应用上有这些局限性,但金斯的论证方法是简单而富有启发性的,它体现了在自引力介质中两个主要的物理因素──引力和压力之间的对抗。

因此,即使在基态不满足准均匀性条件时,金斯不稳定性的定性结果仍然是有价值的。

临界尺度

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是可以忽略的,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。塌缩的临界尺度为称为金斯长度。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。对于给定尺度L的分子云,定义金斯密度

定义金斯质量

当分子云的密度大于金斯密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。

视频

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参考文献