Гипотеза Мак-Кри

У Мак-Кри, известный английский астрофизик-теоретик, изучал звездные атмосферы и внутреннее строение звезд. Рассматривая процессы гравитационной конденсации околозвездной туманности размером до двух световых лет (2·10¹⁸ см), он проанализировал ее возможную эволюцию при неоднородной плотности на основе своей идеи о случайных перемещениях ее элементов — сгустков. Эту идею он использовал сначала для объяснения происхождения Солнечной системы.

Вот эта гипотеза, также в изложении О. Струве (с. 191—193).

Примем, что конденсирующаяся туманность состоит из N сгустков, имеющих (каждый) среднюю скорость хаотических движений порядка 5 км/с (наблюдаемые турбулентные скорости) и массу 2·10³³/Nг, т. е. по массе туманность близка к Солнцу. В этом случае к ней применима статистическая теория случайных перемещений. Если вначале облако состояло из очень малого числа сгустков, скорости которых были одинаковы, а направления движения распределены случайным образом, то угловой момент сгустков относительно их центра масс никогда не мог быть близок к нулю. Мак-Кри показал, что наиболее вероятный угловой момент будет определяться произведением общей массы на их скорость и на радиус облака, деленным на sqrt(N) , т. е.

(2·10³³ г)·(5·10⁵ см/с)·(2·10¹⁸ см) : sqrt(N) = 2·10⁵⁷ : sqrt(N).

Если сейчас у Солнечной системы наблюдаемый угловой момент такой же, что и в период, предшествующий конденсации облака (3·10⁵⁰ г·см²·с^-1), то в нем должно было существовать примерно 10¹⁴ сгустков.

Подчеркивается, что статистическая теория дает только наиболее вероятное значение момента вращения N сгустков, но не говорит прямо, насколько различна эта величина у разных облаков. Однако можно показать, что угловые моменты, отличающиеся, скажем, в 10 раз от наиболее вероятной величины, будут встречаться крайне редко. Значение N=10¹⁴ неожиданно велико. Оно не согласуется с известными размерами турбулентных вихрей в туманности Ориона и в других подобных ей газовых галактических туманностях. В процессе конденсации такого облака наблюдаемый угловой момент порядка 3·10⁵⁰ г·см²·с^-1 почти наверняка достался гораздо меньшему числу сгустков. Более того, в первоначальной туманности облачные сгустки рассматриваемого здесь размера будут сталкиваться с другими облаками и, следовательно, обмениваться энергией и угловым моментом.

Мак-Кри рассмотрел ту же самую проблему в другой работе. Он не интересовался ранней стадией конденсации и начал с изучения очень плотного облака радиусом примерно 40 а. е., в котором между планетами и Солнцем в конце концов устанавливается распределение угловых моментов в отношении 50:1. Изучение турбулентных движений в газовых туманностях показывает, что звезда не может сформироваться посредством процесса сжатия по Кельвину (или Гельмгольцу) — процесса, описанного в гипотезе, выдвинутой в XIX в. для объяснения поддержания солнечного излучения в течение многих тысячелетий. При этом сжатии потенциальная энергия тяготения звезды переходит в тепловую. Сейчас считают, что такой процесс может происходить лишь на ранних стадиях звездной эволюции.

Выражение, полученное Мак-Кри для ожидаемой величины углового момента системы, состоящей из N сгустков, может стремиться к нулю, лишь если N очень велико.

На пути космогонических теорий, основанных на гипотезе сжатия по Кельвину, стоят следующие две трудности:

1. Конденсирующееся облако должно сохранить свою цельность, несмотря на действие приливных сил, оказываемое на него основной массой Млечного Пути и соседними звездами.

2. Конденсация должна также преодолеть так называемый критерий устойчивости Джинса, который гласит, что звезды могут образоваться только из очень холодных облаков, в которых скорости отдельных частиц составляют примерно 0,2 км/с.