27.3.3. ОСЕДАНИЕ ПЫЛИ В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ

Даже если облака пылевой плазмы в межзвездном пространстве удерживаются от разлета главным образом электромагнитными силами, гравитационное поле облака может играть важную роль в движении зерен и больших твердых тел. Хоредт [459] указал, что гравитация облака вызывает собирание пыли в центре притяжения, где образуется «протоядро». Последнее, аккумулируя окружающий газ, может развиться в звезду. Механизм Хо-редта, который должен приводить к образованию звезды задолго до того, как будет достигнуто условие Джинса, вероятно, связан только с одной из многих возможных неустойчивостей. Его основные свойства можно легко проиллюстрировать на следующей простой модели.

Рассмотрим пылевое облако с постоянной плотностью которое на расстоянии от своего центра притяжения создает гравитационное ускорение

где гравитационная постоянная. Тогда на сферическое зерно пыли радиуса плотности В и массы действует сила гравитации

Если зерно движется через газ в облаке со скоростью обладая температурой и средней массой молекул то оно подвергается также действию силы вязкости

где средняя тепловая скорость молекул (см. [469], малая сфера, случай низкой скорости).

Полагая что Значит, зерна оседают в направлении центра притяжения с постоянной времени

Принимая (для и 50 К), находим или

Из последнего соотношения получаем следующие значения:

Таблица 27.3.1 (см. скан) Постоянная времени оседания пылевых частиц как функция радиуса

В первоначально однородном пылевом облаке за время 23? образуется пылевое ядро с радиусом радиуса первоначального облака. Поскольку большие частицы оседают быстрее, чем малые, то в центре притяжения будет образовано ядро, состоящее из наиболее крупных частиц облака. Функция распределения по размерам наблюдаемых малых частиц в межпланетном пространстве (метеорная пыль и метеорные тела) убывает с увеличением радиуса частиц (например, [382]). С другой стороны, распределение массы этих частиц обнаруживает противоположную тенденцию. Значит, в больших частицах заключена в сумме большая масса, чем в меньших.

Из непосредственных наблюдений очень мало известно о распределении по размерам пылевых частиц в межзвездных облаках. Однако можно предположить, что оно подобно распределению по размерам в межпланетном пространстве. В таком случае значительная часть полной массы пыли межзвездного облака должна приходиться на наиболее крупные частицы.

Рис. 27.3.1. Гравитационная неустойчивость в облаке пылевой плазмы. гравитационный потенциал.

Однажды образовавшееся в космическом облаке пылевое ядро создаст в своей окрестности гравитационное притяжение (рис. 27.3.1) и ускорит дальнейшую аккрецию, так что действительное время аккреции пылинок определенного размера не может быть больше Поскольку время аккреции линейно зависит от размера зерен, то оно в значительной мере может определяться образованием больших зерен в пылевой плазме. К сожалению, процессы, приводящие к образованию зерен в космической плазме, все еще не совсем ясны.

Изучение поведения межзвездной пылевой плазмы до сих пор находится на начальной стадии. Образование пылевых частиц разных размеров корректно еще не рассматривалось, поскольку в большинстве исследований исходят из нереалистической картины однородного неионизованного газа. Необходима еще большая работа в этой области, прежде чем можно будет надеяться адекватно описать данную фазу образования звезд.

Маловероятно, чтобы процессу оседания пыли, который был обрисован в общих чертах, препятствовала турбулентность в облаке. Прежде всего, вероятность того, что космические облака турбулентны, не очень велика [447]. Более вероятно, что наблюдаемые нерегулярные движения обусловлены распространением волн и вообще не препятствуют оседанию. Кроме того, центральная часть пылевого ядра может быть образована очень большими зернами за довольно короткое время.