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金斯不穩定性是指在恆星形成過程中,當分子雲的熱壓力不足以抵抗引力時,會在引力的作用下發生塌縮,這一現象稱為金斯不穩定性。

在分子雲的內部,存在引力和因分子熱運動產生的熱壓力。[1]

簡介

由萬有引力產生的一種不穩定性,因詹姆斯·霍普伍德·金斯(James Hopwood Jeans)在二十世紀初最先研究而得名。對於一個自引力體系,如果它的基態是均勻的或准均勻的,密度為ρ0,則存在一個臨界波長λJ,亦稱金斯波長:

式中G為萬有引力常數;α0為聲速。λJ的基本性質是:尺度小於λJ的密度擾動,只能在體系中傳播而不能增長;尺度大於λJ的密度擾動將隨時間而增長,即密度大的地方將變得更密,這就是不穩定性。這個不穩定性判據稱為金斯判據。

對於一個無轉動的體系,臨界波長λJ與整個體系的尺度為同一量級,因此,對於尺度為λJ的擾動來說,體系不能看做是均勻或准均勻的,上述結論就不適用。對於一個有轉動的體系,λJ可能小於體系的尺度,可以應用上述結論。儘管金斯不穩定性在定量的應用上有這些局限性,但金斯的論證方法是簡單而富有啟發性的,它體現了在自引力介質中兩個主要的物理因素──引力和壓力之間的對抗。

因此,即使在基態不滿足准均勻性條件時,金斯不穩定性的定性結果仍然是有價值的。

臨界尺度

如果熱壓力足夠高,則微小的密度漲落能夠被熱壓力所克服,如果熱壓力比起引力來是可以忽略的,那麼微小的密度漲落能夠被無限放大,最終導致整個分子雲在引力的作用下塌縮。塌縮的臨界尺度為稱為金斯長度。如果密度擾動區域的長度大於金斯長度時,會發生引力塌縮。對於給定尺度L的分子雲,定義金斯密度

定義金斯質量

當分子雲的密度大於金斯密度或質量大於金斯質量時,會發生引力塌縮。塌縮的過程中介質的黏性可以忽略,因此塌縮時標是自由落體時標。

視頻

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參考文獻