Pavlovski, Krešimir

Repository of Faculty of Science, University of Zagreb

I ASTRONOMIJA i Nastanak protozvijezda i Jeansova masa Krešimir Pavlovski, 1 Zagreb Pogled na zvjezdana nebo može nas zavarati. Naizgled se ništa ne događa - zvijezde, točkasti treperavi izvori svjetla nepromjenjivo zrače iz noći u noć, i tako iz godine u godinu. Međutim, sve se zvijezde vremenom mijenjaju, ali promjene se događaju postepeno a vremenske skale daleko nadmašuju vremensku skalu na koju je čovjek navikao. U nekom je smislu razvoj zvijezda ciklički proces. Zvijezde nastaju iz plina i prašine koji postoji u prostoru između zvijezda, i naziva se međuzvjezdana sredina (MZS). Tijekom razvoja zvijezde, ovisno o njezinoj masi, dio tvari bit će vraćen u MZS, bilo zvjezdanim vjetrovima, bilo eksplozivnim pojavama. Sljedeće generacije zvijezda će nastati iz te "prerađene" tvari. Da bismo razumjeli razvoj zvijezda, moramo također proučavati prirodu MZS. Slika I. Emisijska maglica M16 (NGC 6611). Maglica je primjer galaktic'1wg HII područja, što znači da se radi o području ioniziranog vodika (otuda karakteristična crvena boja takvih maglica). Maglica svijetli zahvaljujući energiji koju dobiva od ultraljubičastihfotona vrućih masivnih zvijezda koje su nastale od njezine tvari prije dva milijuna godina. Na slici se vidi manji skup takvih vrućih O i B zvijezda u gornjem desnom dijelu maglice. Velik broj 'crvenih' zvijezda samo je naizgled takve boje, ustvari one su 'pocrvenjele' zbog apsorpcije njihovog zračenja na česticama prašine u maglici koja ih okružuje. U središnjem dijelu maglice vidi se nekoliko traka koje su zbog svojeg izgleda dobile naziv 'slonovske surle'. (Snimak s 4-m Mayallovog teleskopa Kitt Peak National Observatory.) 1 Autor je redoviti profesor astronomije i astrofizike na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu, e-mail: kresimir@phy.hr,http.//www.phy.hr/ "'kresimir Matematičko-fizički list, LI 4 (2000. - 2001.) 229 Veliki molekularni oblaci enormne su nakupine plina i prašine gdje su tipične temperature T,....., 20 K, gustoća čestica u području n,....., 100 - 300 cm-3 , mase oblaka mogu dosegnuti 106 M 0 , a tipične su dimenzije reda 50 pc (1 M 0 = 21030 kg, 1 pc = 3.086 1016 m). Molekularni oblaci nisu jednolike gustoće već se opažaju mnogo gušće jezgre s karakterističnim dimenzijama r ,....., 0.05 - 1 pc, T ,....., 100 - 200 K, n ,...., 1013 - 1015 m - 3 i M ,...., 10 - 1000 M 0 . U našoj je galaksiji poznato na tisuće velikih molekularnih oblaka, a nađeni su uglavnom u spiralnim krakovima. Do danas je, većinom radio-astronomskim metodama, u MZS otkriveno više od 50 različitih molekula, od vrlo jednostavnih dvoatomskih kao H2 i CO do prilično dugačkih organskih lanaca, kao što je HC 11 N. Britanski astrofizičar Sir James Jeans (1877.-1946.) jedanje od prvih koji je istraživao problem nastanka zvijezda urušenjem međuzvjezdanog oblaka. Godine 1902. odredio je temeljne uvjete razmatrajući efekte malih odstupanja od hidrostatske ravnoteže. Virijalni teorem (vidi MFL 3/203, str. 152): 2K+ U=O, (1) opisuje uvjet za ravnotežne stanje stabilnog, gravitacijski vezanog sustava. Dakle, ako dvostruka ukupna unutarnja kinetička energija molekulamog oblaka (2K) premašuje apsolutnu vrijednost gravitacijske potencijalne energije (I UI ), sila uslijed tlaka plina prevladat će nad gravitacijskom privlačnom silom i oblak će se širiti. Naprotiv, ako je unutarnja kinetička energija premala, oblak će se urušiti. Granica između ta dva slučaja odredit će kritični uvjet stabilnosti međuzvjezdanog oblaka. Bez izvođenja, napisat ćemo gravitacijsku potencijalnu energiju sferičnog oblaka konstantne gustoće: U,.....,-~ GM;b (2) 5 Rob ' gdje su Mob i Rob masa i polumjer međuzvjezdanog oblaka, a G je gravitacijska konstanta ( G = 6.6110- 11 Nm kg-3 ). Također, možemo procijeniti unutrašnju kinetičku energiju oblaka: 3 K = -zNkT, (3) gdje je N ukupni broj čestica u oblaku a k je Boltzmannova konstanta ( k = 1.38 · 10-23 J K- 1 ). Međutim, za N vrijedi: N= Mob, (4) µmH gdje je µ srednja molekulama težina, a mH je masa vodikovog atoma ( mH = 1.67 .10-27 kg). Sada, korištenjem virijalnog teorema, tj. (1), možemo napisati uvjet za gravitacijsko urušenje oblaka (2K < IVI): 3M0bkT 3 GM;b ---<---. µmH 5 Rob (5) Obično se umjesto polumjera u izrazu (5) koristi početna gustoća oblaka Po: _ (3Mob) 113 Rob- --4npo (6) Uvrštenjem (6) u (5) možemo odrediti najmanju masu oblaka za koju će još uvij;k doći do spontanog urušenja oblaka a time i do stvaranja protozvijezde. Taj je uvjet 230 Matematičko-fizički list, LI 4 (2000. - 2001.) poznat kao Jeansov kriterij: Mob > M;, gdje je M1-:::: ( 5kT ) 3/2 (-3-) i/2 (7) GµmH 4npo Kritična vrijednost M1 naziva se Jeansova masa. Za tipični difuzni vodikov oblak T = 50 K i n = 1000 cm - 3 . Uz pretpostavku da je oblak u potpunosti građen od vodikovih atoma nalazimo da je inicijalna gustoća p0 = mH n = 1.710- 18 kg m-3 . Uz µ = l i koristeći (7), najmanji iznos mase za koji će još uvijek doći do urušenja je približno M 1 ,....., 1000 M 0 . Međutim, Jeansova masa M1 daleko premašuje masu tipičnog vodikovog oblaka koja se kreće u rasponu od 1 -100 M 0 . Difuzni su vodikovi oblaci stabilni i ne dovode do nastanka protozvijezda. Gusti dijelovi velikih molekularnih oblaka imaju T = 150 K i n = 108 cm-3 . Izračunaj Jeansovu masu M.1 i usporedi je s masom koja je opažanjima određena u rasponu od 10 - 1000 M 0 za takve objekte. Odolijevaju li jezgre velikih molekularnih oblaka gravitacijskom urušavanju? Preuredi izraz za Jeansovu masu MJ, tj. (7) tako da odrediš najmanji polumjer za koji će još doći do urušenja oblaka gustoće Po. Ta se veličina naziva J eansova dulJ. ina R1 . (RJ. ešenJ· a: M.1 = 17 M"' ; R1 -:::: ISkT ) "-' 4nGµmuPo • Slika 2. Gusti stupci plina i prašine ("slonovske surle") iz maglice Ml6 snimljeni pomoću HST (Hubble Space Telescope - Hubbleov svemirski teleskop). Upravo na ovakvim zgušnjenjima u velikim molekularnim oblacima nastaju protozvijezde. I ovdje će, ako to dozvoli siloviti tlak ultraljubičastih fotona sa sjajnih O i B zvijezda u obližnjem mladom zvjezdanom skupu, nastati nova generacija zvijezda. Matematičko-fizički list, LI 4 (2000. - 2001.) 231 

Nastanak protozvijezda i Jeansova masa

https://repozitorij.pmf.unizg.hr/islandora/object/pmf:6733/datastream/FILE0

Nastanak protozvijezda i Jeansova masa

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository of Faculty of Science, University of Zagreb