אי-יציבות ג'ינס

אי יציבות ג'ינס היא מונח באסטרופיזיקה המתייחס לתנאי הסף הדרושים לכך שענני גז בין-כוכביים יקרסו כתוצאה מכבידה עצמית, וכתוצאה מכך, יהפכו לכוכבים. תנאים אלו קרויים על שם פיזיקאי בריטי ג'יימס ג'ינס (James Hopwood Jeans), שהראה כי בתנאים מסוימים ענן גז עשוי לקרוס, אם כוח הכבידה גובר על הכוח שמפעיל הגז (דרך לחץ).

כדי שענן גז יתחיל בתהליך קריסה לצבירי כוכבים, נדרש שהכבידה העצמית שלו תגבר על הלחץ התרמי שלו. כלומר, ענן הגז יהיה קשור אם האנרגיה הגרביטציונית גדולה מהאנרגיה הפנימית של הגז. ג'ינס הגדיר מסה קריטית ("מסת ג'ינס") כזו שכל ענן שמסתו גדולה ממסת ג'ינס, יקרוס ויהפוך לכוכב.

נניח שיש ענן גז בעל רדיוס $\ R$ , שמורכב ממולקולות שהמסה הממוצעת של כל אחת מהן היא $\ {\bar {m}}$ . בהנחת גז אידיאלי מסת ג'ינס, $\ M_{J}$ , היא $M_{J}={\frac {3kT}{2G{\bar {m}}}}R$ .

כאשר $\ G$ - קבוע הכבידה, $\ k$ - קבוע בולצמן ו- $\ T$ - טמפרטורת הגז.

קריסה של ענן הגז לכוכבים יכולה איפוא לקרות בשני שלבים:

תחילה ענן בין-כוכבי קורס, לפי אי יציבות ג'ינס.
כאשר הענן קורס וצפיפותו עולה, חלקים שונים בענן הבין כוכבי הדחוס עוברים קריסה לפי קריטריון ג'ינס, כדי ליצור קבוצות כוכבים.

יציבות של גוף כנגד קריסה

נתון גוף בחלל (כוכב או ענן גזי). על מנת שהגוף לא יקרוס לתוך עצמו, צריכים להתקיים שני תנאים: מסתו של גוף קטנה ממסת ג'ינס ורדיוסו קטן מרדיוס ג'ינס. נגדיר גדלים אלה באופן הבא:

מסת ג'ינס :

$\ M_{J}=\left({\frac {5K_{B}T}{G\mu m_{H}}}\right)^{\frac {3}{2}}\left({\frac {3}{4\pi \rho _{0}}}\right)^{\frac {1}{2}}$

רדיוס ג'ינס:

$\ R_{J}=\left({\frac {15K_{B}T}{4\pi G\rho _{0}\mu m_{H}}}\right)^{\frac {1}{2}}$

כאשר $\ G$ הוא קבוע הכבידה, $\ K_{B}$ הוא קבוע בולצמן ו- $\ T$ טמפרטורת החלקיקים כאמור לעיל. בנוסף, $\ \mu$ הוא המסה הממוצעת של חלקיק ביחידות של מסת אטום המימן, $\ m_{H}$ הוא מסת אטום המימן (הנתון ע"י: $m_{H}=1.67\times 10^{-24}\left[g\right]$ ) ו- $\ \rho _{0}$ הוא צפיפות כחומר.