Протозвезды

Развитие протозвезды в систему протопланет, обращающихся вокруг центральной массы

Развитие протозвезды в систему протопланет, обращающихся вокруг центральной массы. К началу этой стадии облако разбилось на много тысяч отдельных мелких облачков, или протозвезд. Они значительно плотнее материнского облака и могут поэтому удерживаться посредством собственного тяготения.

Поскольку протозвезда испытала такое сильное сжатие

Поскольку протозвезда испытала такое сильное сжатие, она будет вращаться гораздо быстрее, чем материнское облако, даже не обладая пропорциональной долей его момента количества движения. Дальнейшему сокращению объема звезды препятствует газовое давление, центробежная сила и, по мнению некоторых специалистов, ее магнитное поле. Таким образом, протозвезда будет грубой моделью материнского межзвездного облака, но уже с иными значениями плотности, размеров и других параметров.

В результате ускоренного вращения протозвезда будет расплющиваться в диск

В результате ускоренного вращения протозвезда будет расплющиваться в диск, или в солнечную туманность (небулу).  Гравитационное притяжение всюду направлено к центру массы, но центробежная сила направлена перпендикулярно оси вращения. Эти две силы не антипараллельны (кроме как в срединной плоскости), и поэтому равнодействующая (суммарная) сила будет перемещать газовый и пылевой материал протозвезды ближе к срединной плоскости по мере того, как протозвезда будет сжиматься, а ее вращение ускоряться.

Следующая проблема-показать, как солнечная туманность сможет исторгнуть из себя часть вещества, которое пойдет затем на образование планет, при том, что основная масса, сжимаясь, превратится в центральное солнце. Согласно Прентису [174], диаметр «нашей» туманности во много раз превосходил диаметр Солнечной системы, а плотность составляла около 10″16 кг/м3 (около Ю10 атомов в кубическом сантиметре).

Она была еще холодной (около 100 К), потому что тепло, хотя и выделялось при сжатии, терялось путем излучения. Однако на данной стадии своей эволюции туманность как раз становилась достаточно плотной для того, чтобы задерживать непосредственное излучение; следовательно, дальнейшее сжатие должно было заставить туманность нагреваться. При повышении температуры росло и газовое давление, что способствовало тому, что туманность стабилизировалась и не поддавалась дальнейшему сжатию. Здесь эволюция достигает фазы квазиравновесия, при которой тепло только медленно просачивается из внутренних областей туманности в пространство. Это приводит к медленному сжатию туманности и ее разогреву.

В лаборатории сжатие газа при постоянной температуре не только приводит к уменьшению его объема

В лаборатории сжатие газа при постоянной температуре не только приводит к уменьшению его объема, но и повышает его давление, так что наступает момент, когда внутреннее газовое давление уравновешивает приложенное внешнее давление. Но в крупной самосжимающейся массе газа этот простой механизм достижения равновесия не действует. Так происходит потому, что сжатие, сближая все частицы вещества, повышает силу тяготения, причем эта сила растет быстрее, чем давление, обусловленное сжатием. Единственная возможность достичь равновесия — оставить в облаке часть тепла, выделяющегося при сжатии, подняв тем самым его температуру и, следовательно, давление газа.

Отсюда и кажущийся парадокс: потеря тепла заставляет облако нагреваться и одновременно сжиматься, причем часть выделенной тепловой энергии идет на то, чтобы обеспечить достаточные потери внешнего тепла, а часть-на поднятие внутренней температуры. Этот процесс играет в звездной эволюции первенствующую роль.
Эта фаза медленной эволюции заканчивается, когда сжатие поднимает температуру до уровня, достаточного для испарения зерен твердых газов (С02, NH3и т.д.), так как при этом тепло поглощается, что препятствует компенсационному росту температуры, описанному выше. Вещество туманности начинает падать по направлению к центру, и стабильность не восстанавливается до тех пор, пока не будут исчерпаны все возможности скрытой теплоты (не только испарение, но и диссоциация газовых молекул, например Н2, на атомы и их ионизация). Когда это произойдет, диаметр протозвезды должен бы всего лишь в несколько раз больше диаметра нынешнего Солнца, а температура составит тысячи градусов.

Этот коллапс захватывает только самую внутреннюю часть облака

Этот коллапс захватывает только самую внутреннюю часть облака, составляющую несколько процентов его массы, так как именно эта часть первой достигает температуры испарения. После резкого сокращения объема она восстанавливает свою стабильность уже как центральное «ядро», прежде чем внешняя часть успевает испытать дальнейшее сжатие. Внешняя часть продолжает сжиматься, но затем переходит в стабильное состояние вследствие подъема температуры, вызванного как собственным сжатием, так и теплом, исходящим от горячего центрального «ядра». Прентис считает, что на этой стадии туманность должна иметь примерно такой же диаметр, как у орбиты Нептуна, и быть сильно турбулентной.

Предположение о турбулентности имеет важное значение

Предположение о турбулентности имеет важное значение, так как обмен веществом между внутренними и внешними частями туманности не позволяет внутренним частям вращаться быстрее внешних частей, что имело бы место в сжимающейся туманности в ином случае. Это переносит момент количества движения изнутри туманности к нетурбулентному кольцу на ее краю. В конце концов внешнее кольцо отчленяется от туманности, продолжающей сжиматься. Через какие-то промежутки времени этот процесс повторяется, в результате чего образуется серия колец примерно одной и той же массы, но располагающихся все теснее друг к другу по мере приближения к центральному ядру. Таким образом, согласно этой теории, Лаплас был прав, когда допускал, что должны появляться кольца. Образование колец, отвечающих существующим планетам, заняло бы только около 0,2 млн. лет, хотя окончательное сжатие туманности с преобразованием ее ядра в настоящее солнце заняло бы несколько миллионов лет.
Альвен  в 1978 г. предположил, что ключевую роль в развитии туманности играет магнитное поле, если вещество туманности частично ионизировано. Электромагнитные силы (см. приложение 4) переносят момент количества движения во внешние области, позволяя тем самым основной массе сжиматься и производя частичную сепарацию элементов.
Другие предложенные теории также основаны на привлечении магнитных или турбулентных вязких сил, способствующих коллапсу туманности, но эти теории различаются только в деталях и здесь не рассматриваются.
ть