最終更新日: 2025 年 7 月 8 日

重力崩壊：星の形成と誕生

ケフェウス座B雲における星の形成 — ケフェウス B 雲における星形成。チャンドラ X 線天文台とスピッツァー宇宙望遠鏡からのデータを使用して作成されたこの合成画像は、太陽系から約 2,400 光年離れた銀河に位置するケフェウス B 分子雲を示しています。画像ソース: X 線: NASA/CXC/PSU/K。ゲットマンら。 IRL NASA/JPL-カリフォルニア工科大学/CfA/J.王ら。

星の苗床: 巨大な分子雲

星は、と呼ばれる星間物質の冷たく密度の高い領域で生まれます。巨大な分子雲(巨大分子雲の GMC)。これらの構造は直径が数百光年にもなり、最大 \(10^6\) 太陽質量のガス、主に水素分子 (\(\text{H}_2\))、一酸化炭素 (\(\text{CO}\))、および星間塵を含んでいます。

超新星や雲の衝突による衝撃波などの重力擾乱は、断片化これらの領域の局所的な物質の収縮を促進します。崩壊した各破片が未来の星の核となります。

重力収縮と原始星の形成

重力の影響下で、高密度の核は自ら崩壊し、核の温度が上昇します。このプロセスには、重力エネルギーを熱エネルギーに変換する、ケルビン・ヘルムホルツ機構によると。中心温度が数千ケルビンに達すると、中心は赤外線に対して不透明になり、原始星。

この時点で、星は原始惑星系円盤とガスの繭に包まれています。双極ジェットは円盤に対して垂直に放出され、過剰な角運動量を運び、物質をより効率的に降着させることができます。

熱核反応の発火

核の温度が約 \(10^6\ \text{K}\) に達すると、原始星の質量に応じて、陽子-陽子鎖または CNO サイクルを介して核内で水素融合反応が始まります。その後、輻射圧が重力崩壊に対抗し、物体が到達します。静圧バランス。

その後、星はメインシーケンスヘルツシュプルング・ラッセル図の図。その寿命は初期質量に大きく依存します。\(20\ M_\odot\) の巨大な星は数百万年しか輝きませんが、太陽型星 (\(1\ M_\odot\)) は約 100 億年生きます。

連鎖形成: 散開星団と複数の星

スターは孤立して生まれるわけではありません。単一の崩壊領域から数百の星が生成され、散開星団。これらの星団内の原始星間の重力相互作用により、バイナリまたは複数のシステム。これらのクラスターは数億年後に分散します。

特性時間と臨界量

と呼ばれる自由重力崩壊時間ジーンズタイム、次のように書かれています。 \( t_J = \sqrt{\frac{3\pi}{32G\rho}} \)
ここで \(G\) は重力定数、 \(\rho\) は平均コア密度です。 \(10^{-19}\ \text{kg/m}^3\) の密度の場合、次のような時間が得られます。数十万年。

そこには大量のジーンズ雲が自重で崩壊する質量のしきい値を定義します。 \( M_J \about \left( \frac{5kT}{G\mu m_H} \right)^{3/2} \left( \frac{3}{4\pi \rho} \right)^{1/2} \) ここで、\(T\) は温度、\(\mu\) は平均分子量、\(m_H\) は水素原子の質量です。

例: 太陽を形成した星雲

太陽は 46 億年前に典型的な密度 \( \rho \about 10^{-18}\ \text{kg/m}^3 \)、温度 \( T \about 10\ \text{K} \) の核から形成され、主に平均分子量 \( \text{H}_2 \) で構成されていると推定されています。 \mu \約 2.3 \)。

➤ ジーンズタイム :
\[ t_J \およそ \sqrt{\frac{3\pi}{32 \times 6.674 \times 10^{-11} \times 10^{-18}}} \約 1.9 \times 10^{13}\ \text{s} \約 600\,000\ \text{年} \]

➤ 大量のジーンズ :
\[ M_J \about \left( \frac{5kT}{G\mu m_H} \right)^{3/2} \left( \frac{3}{4\pi\rho} \right)^{1/2} \]

\( k = 1.38 \times 10^{-23}\ \text{J/K} \)、\( T = 10\ \text{K} \)、\( \mu = 2.3 \)、\( m_H = 1.67 \times 10^{-27}\ \text{kg} \) を使用すると、次のようになります。

\[ M_J \about \left( \frac{5 \cdot 1.38 \times 10^{-23} \cdot 10}{6.674 \times 10^{-11} \cdot 2.3 \cdot 1.67 \times 10^{-27}} \right)^{3/2} \cdot \left( \frac{3}{4\pi \cdot 10^{-18}} \right)^{1/2} \約1.3\ M_\odot \]

これは、重力崩壊が太陽の形成につながるためには、太陽系星雲の中心部の最小質量が \(1.3\M_\odot\) を超える必要があることを意味します。おそらく、近くの超新星からの衝撃波によって圧縮された領域でこの閾値を超えたと考えられます。

したがって、太陽は約 60 万年かけて、その質量がジーンズ基準で定義された臨界質量を超えた冷たいガスの不安定な核から形成されました。