אי-יציבות ג'ינס

אי־יציבות ג'ינס היא מונח באסטרופיזיקה שמתאר את התנאים שבהם ענן גז בין־כוכבי עלול לקרוס תחת כוח הכבידה ולהפוך לכוכב. השם מגיע מהפיזיקאי הבריטי ג'יימס הופווד ג'ינס (James Hopwood Jeans).

התנאי המרכזי הוא שכוח הכבידה העצמית יגבר על הלחץ התרמי. לחץ תרמי הוא היענות הגז לחימום שלו, שנגרמת מתנועת חלקיקיו. אם האנרגיה הגרביטציונית גדולה מהאנרגיה הפנימית של הגז, הענן יהפוך לבלתי־יציב ויתחיל לקרוס.

ג'ינס הגדיר "מסת ג'ינס" כמסה קריטית. ענן שמסתו גדולה ממסת ג'ינס צפוי לקרוס וליצור כוכב. עבור ענן ברדיוס R ובממוצע מסה של חלקיק שווה m̄, בקירוב: M_J = (3 k T / (2 G m̄)) R. כאן G הוא קבוע הכבידה, k הוא קבוע בולצמן ו-T היא טמפרטורת הגז.

הקריסה יכולה להתרחש בשני שלבים פשוטים:
1) תחילה ענן בין־כוכבי גדול קורס לפי קריטריון ג'ינס.
2) כשהצפיפות עולה, חלקים קטנים יותר בתוך הענן עוברים קריסה נפרדת, ויכולים ליצור קבוצות כוכבים.


כדי שגוף בחלל (כמו כוכב או ענן גז) לא יקרוס, שני תנאים צריכים להתקיים: מסתו צריכה להיות קטנה מ"מסת ג'ינס" ורדיוסו צריך להיות קטן מ"רדיוס ג'ינס".

בהצגה מתמטית יותר מופיעים ביטויים מפורטים למסת ג'ינס ולרדיוס ג'ינס:
M_J = \left( \frac{5 K_B T}{G \mu m_H} \right)^{3/2} \left( \frac{3}{4 \pi \rho_0 } \right)^{1/2}

R_J = \left( \frac{15 K_B T}{4 \pi G \rho_0 \mu m_H} \right)^{1/2}

כאן K_B הוא קבוע בולצמן, T היא טמפרטורת החלקיקים, μ היא המסה הממוצעת של חלקיק ביחידות מסת אטום המימן, m_H היא מסת אטום המימן (m_H = 1.67 × 10^{-24} ג') ו-ρ_0 היא הצפיפות ההתחלתית של החומר.

אי־יציבות ג'ינס עוזרת לומר מתי ענן גז יכול להפוך לכוכב. ג'יימס ג'ינס היה מדען שנתן לשיטה את השם.

כוח חשוב כאן הוא כבידה. כבידה היא הכוח שמושך כל דבר אל מרכזו. אם הכבידה חזקה יותר מהלחץ שבגז, הענן יתחיל להתכווץ.

יש דבר שנקרא "מסת ג'ינס". זו מסה חשובה. אם ענן כבד יותר מהמסת ג'ינס, הוא יקרוס ויכול ליצור כוכב. יש גם "רדיוס ג'ינס". זה גודל קריטי של ענן.

הקריסה מתרחשת לעיתים בשתי פעימות: קודם כל כל הענן מתכווץ. אחר כך חלקים קטנים יותר בתוך הענן מתמוטטים ויוצרים כוכבים חדשים.


כדי שאובייקט בחלל לא יקרוס, צריך שהוא יהיה פחות כבד מהמסת ג'ינס.
וגם צריך שהגודל שלו לא יהיה גדול מדי בהשוואה לרדיוס ג'ינס.

מילים מסובכות כמו "צפיפות" או "טמפרטורה" משפיעות על המסת והגודל האלה. צפיפות היא כמה חומר יש במקום אחד. טמפרטורה היא כמה החם הגז.