진스 불안정성

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진스 불안정성(Jeans instability)이란 천체물리학에서 성간 가스가 중력 붕괴를 일으켜 항성을 형성하게 하는 불안정성이다. 내부 가스 압력이 중력 붕괴를 감당해내지 못할 때 발생하게 된다. 안정 상태를 유지하기 위해서는 가스 구름이 정역학적 평형 상태에 있어야 하며, 구름이 구형일 때 그 식은 다음과 같다.

\frac{dp}{dr}=-\frac{G\rho(r) M_{enc}(r)}{r^2},

이때 M_{enc}(r)은 에워싸인 질량이고, p는 압력, \rho(r)r에서 가스의 밀도, G중력상수, r은 반경이다. 여기서 일어날 수 있는 작은 요동이 줄어들었을 때는 평형 상태가 안정되고, 증폭되었을 때는 평형 상태가 불안정해진다. 일반적으로 가스 구름은 특정 온도에서 질량이 너무 크거나 또는 특정 질량에서 온도가 너무 낮아서 중력이 가스 압력을 압도했을 때 불안정해진다.

진스 질량[편집]

진스 질량(Jeans mass)은 가스 구름 내에서 발생하는 중력 붕괴 과정을 연구한 영국 물리학자 제임스 호프우드 진스 경의 이름이 붙은 것이다. 진스는 적절한 상황에서 그 구름이, 또는 구름의 일부분이 불안정해지고 중력과의 균형을 유지하기 위한 가스 압력이 불충분해져서 붕괴할 수 있다는 것을 보였다. 가스 구름은 특정 온도와 반경에서, 질량이 작으면 안정적이지만, 어떤 임계 질량을 초과하면 다른 힘이 붕괴를 저지시킬 때까지 폭주해서 수축하는 과정을 시작하게 된다. 진스는 이 임계 질량을 계산하여 밀도온도에 대한 함수식으로 나타냈다. 구름의 질량이 클수록, 크기가 작을수록, 온도가 낮을수록 중력 붕괴가 일어나기 쉬워진다.

진스 길이[편집]

진스 길이(Jeans' length)는 구름(성간 먼지 구름 따위)을 팽창시키는 열에너지가 중력에 의해 상쇄되어 구름이 붕괴되게 하는 구름의 임계 반경이다. 역시 상기한 영국의 제임스 진스 경의 이름이 붙은 것이다. 진스는 1900년대 초에 구형 성운의 안정성에 관한 연구를 진행했다.[1]

진스 길이의 식은 다음과 같다.

\lambda_J=\sqrt{\frac{15k_{B}T}{4\pi G \mu \rho}},

여기서 k_B볼츠만 상수, T는 구름의 온도, r은 구름의 반경, \mu는 구름의 입자당 질량, G중력 상수, \rho는 구름의 질량 밀도(i.e. 구름의 질량을 구름의 부피로 나눈 것)이다.[1]

참고 자료[편집]

  1. (1902) The Stability of a Spherical Nebula. Philosophical Transactions of the Royal Society. JSTOR 90845.
  • Jeans, J. H. (1902). The Stability of a Spherical Nebula. Philosophical Transactions of the Royal Society A 199: 1–53. JSTOR 90845.
  • Longair, Malcolm S. (1998). Galaxy Formation. Berlin: Springer. ISBN 3-540-63785-0
  • Clarke, Cathie (2007). Astrophysical Fluid Dynamics. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85331-6