Фрагментация облака

Ход фрагментации облака — одна из двух основных проблем, которые должны быть решены в теории эволюции звезд. Масса межзвездных облаков может в 105 раз превосходить солнечную; это довольно много по сравнению с звездами, масса которых редко превышает примерно 10 масс Солнца. Кроме того, большинство звезд в диске нашей Галактики, по-видимому, образуется в скоплениях, содержащих примерно 100 звезд. Эти два наблюдательных факта указывают, что межзвездные облака распадаются на большое число протозвезд.

Вторая фундаментальная проблема теории эволюции связана с моментом количества движения. В грубом приближении момент количества движения вращающегося тела — это мера массы, участвующей во вращении, скорости ее вращения и размеров вращающегося тела. В соответствии с данными наблюдений момент количества движения единицы массы межзвездных облаков может в 105 раз превосходить момент их звезд-потомков. Любая теория звездообразования должна показать, каким образом облако «избавляется» от большей части своего момента до того, как оно коллапсирует, образуя одну или несколько звезд.

Одну из первых сложных численных моделей звездообразования создал в 1968 г. Р. Ларсон из Йельского университета. Он разработал подробную модель сжатия сферически-симметричного не вращающегося облака. Важным результатом его работы была картина так называемой стадии динамического коллапса в процессе звездообразования. Стадия динамического коллапса — это период быстрого сжатия, ход которого можно объяснить взаимодействием двух основных сил: тяготения, стремящегося сжать облако, и давления, характеризующего стремление горячего газа облака к расширению. Ларсон показал, что фаза динамического коллапса частично обусловлена изменением соотношения между этими двумя силами из-за особенностей процесса переноса излучения внутри облака.

ВНЕШНИЕ слои очень разреженного пылевого облака прозрачны для ультрафиолетового излучения окружающих звезд, поэтому облако сильно нагревается. Когда сила тяготения сжимает облако до плотности, характерной для наблюдаемых темных облаков, оно становится непрозрачным для ультрафиолетовых лучей, и этот источник нагрева исчезает. Однако облако остается прозрачным в инфракрасном диапазоне спектра, и его недра могут охлаждаться за счет инфракрасного излучения пылинок.

В результате с увеличением плотности облака его температура падает и достигает минимума, равного примерно 10 К. Затем начинается «изотермическая фаза», в течение которой температура остается равной приблизительно 10 К, а концентрация частиц в продолжающем коллапсировать облаке изменяется в широких пределах: от 105 до 1011 частиц на 1 см. По мере того как облако становится меньше и плотнее, сила тяготения возрастает и в конце концов полностью преодолевает давление. В итоге происходит динамический коллапс, во время которого газ и пыль свободно падают к центру облака с возрастающей скоростью: плотность в центре облака увеличивается.