СЕЛФ

58

О.Н. Каравашкина и С.Б. Каравашкин

Рис. 2.7. Схема, поясняющая неустойчивость Рэлея - Тейлора [1, с. 54, рис. 19].

Исследования показывают, что межзвездное пространство - не столь равномерная и нейтральная среда, как могло бы показаться на внешний взгляд. "Там имеются, во-первых, зоны нейтрального водорода Н I и зоны ионизованного водорода H II, кинетическая температура которых различается на два порядка. Имеются сравнительно плотные облака с концентрацией частиц газа, превышающей несколько тысяч на кубический сантиметр, и весьма разреженная среда между облаками, где концентрация не превышает 0,1 частицы на 1 см³ " [1, с. 53]. Всё это делает межзвездную среду весьма неоднородной. Нужно также учитывать, что в пространстве существуют неоднородности магнитных полей - так называемые потенциальные ямы, или неоднородности Рэлея - Тейлора (см. рис. 2.7). Полагают, что, перетекая в область меньшего давления или меньшей температуры, атомы межзвездного газа поляризуются и могут двигаться в пространстве только по магнитным силовым линиям. Встретив на своём пути такую полевую "яму", атомы скапливаются в ней, компенсируя неоднородность. Именно так и образуются более плотные облака - газово-пылевые комплексы. Достигнув определенного уплотнения, они конденсируются в звезду или группу звезд; предполагается, что именно такое явление мы наблюдаем в созвездии Змееносца (см. рис. 2.5). Кстати, указанный рисунок может служить наглядным примером того, что далеко не всегда потенциальные ямы по Рэлею - Тейлору могут служить причиной уплотнения облака. Ведь кроме уплотнения по фронту, мы на данном рисунке видим разбиение зон уплотнения вдоль фронта.

Однако какие силы могут заставить чрезвычайно разреженную среду сконденсироваться в звезду или даже систему звезд? Сама по себе напряженность галактического магнитного поля совсем невелика, и как бы ни была протяженна неоднородность, ее одной здесь очевидно недостаточно, тем более, если облако ее компенсирует.

По Шкловскому, туманность может сгуститься в протозвездное облако и без внешних причин, только под действием гравитационного притяжения суммы всех составляющих ее частиц газа и пыли. Шкловский подтверждает это положение следующим расчетом.

"Положим, что у нас имеется некоторое облако радиуса R, плотность которого и радиус R постоянны. Условием того, что облако под действием собственной гравитации начнет сжиматься, является отрицательный знак полной энергии облака. Последняя состоит из отрицательной гравитационной энергии W_g   взаимодействия всех частиц, образующих облако, и положительной тепловой энергии этих частиц W. Отрицательный знак полной энергии означает, что силы гравитации, стремящиеся сжать облако, превосходят силы газового давления, стремящиеся рассеять это облако во всем окружающем пространстве. Далее имеем:

где A = 8,83*10⁷ эрг/моль* кельвин, - молекулярный вес, - средняя плотность облака. В то же время гравитационная энергия

Мы видим, что W. при постоянной плотности облака и температуре T растет с ростом R  как R³, в то время как W_g R⁵, т.е. с ростом R растет гораздо быстрее. Следовательно, при данных и T существует такое R₁, что при R > R₁ облако под действием собственной гравитации неизбежно будет сжиматься. Когда задана масса M облака, R₁ определится формулой

В этом случае (т.е., если заданы масса и температура облака), если размер облака R < R₁, оно будет сжиматься.

Легко убедиться, что "обычные" облака межзвездного газа с M M и R 1 парсек не будут сжиматься собственной гравитацией, а газово-пылевые комплексы с M 10³ - 10⁴ M , T 50^o  и радиусом порядка десятков парсек будут … Рассмотрим случай, когда масса облака равна массе Солнца, а его температура 10 К. Тогда из формулы (1) следует, что такое облако будет сжиматься, если его радиус меньше 0,02 парсек. Следовательно, плотность такого облака будет   2*10 - 18 г/см³, а концентрация газа в нем ~10⁶ см ^-3 - величина довольно значительная. Если же масса облака будет 10 солнечных масс, то, как можно убедиться, средняя концентрация частиц газа, при которой облако начинает сжиматься, будет значительно меньше, ~10⁴ см ^-3… облака с такой концентрацией газа действительно наблюдаются" [1, с. 56- 57].

Шкловский приводит примеры газово-пылевых комплексов, в которых сейчас наблюдается звездообразование: "Масса гигантского газово-пылевого комплекса Стрелец В достигает 3*10 6 солнечных масс, а размеры - до 50 пс. Концентрация молекулярного водорода в таких облаках достигает нескольких тысяч на кубический сантиметр. В наиболее плотных облаках (например, в туманности Ориона) концентрация молекулярного водорода достигает 10⁷ см ^{- 3}. Заметим, что столь большое значение концентрации ставит такие облака как бы посредине между обычными облаками межзвездной среды и протяженными атмосферами красных гигантских звезд" [1, с. 64].

Поскольку обоснованный Шкловским баланс энергии представляется нам неизбежно грубым, но вполне убедительным, он приводит нас к выбору конденсационного начала для построения нашей (несколько отличной от общепринятой) модели образования звезды. Это не означает, что мы отвергли все остальные возможности. Но для того, чтобы в результате любой из них звезда образовалась, в ней необходимо должны сначала сложиться условия баланса энергии, описанные Шкловским. Ведь не следует забывать, что для взрывного начала звезда, порождающая новую звезду, уже должна существовать, но ведь она сама тоже должна как-то образоваться. Расчёты Шкловского и отвечают на данный вопрос, не отвергая остальные возможности. Для нас же расчёты Шкловского важны именно тем, что позволяют проследить процесс с самого начала.