Colapso Gravitacional

La fuente de energía para la formación de estrellas es el colapso gravitacional, Este colapso debe proporcionar suficiente energía para calentar el gas de la protoestrella hasta el punto de ignición de la fusión del hidrógeno, unos 15 millones de grados Kelvin. El conocimiento de la masa y la distribución de la nube de gas, permite un modelado bastante detallado, porque la mitad de la energía del colapso gravitacional, se convierte en energía cinética de acuerdo con el teorema de virial.

El concepto de masa de Jean como la masa crítica para el colapso de una estrella, es un concepto importante.

Teorema de Virial

Este teorema general de las matemáticas de la física, se convierte en una parte útil en la imagen de un colapso gravitacional. En el contexto de la gravedad, se puede aplicar a un conjunto finito de partículas que interactúan entre sí por la atracción gravitatoria. Podemos atribuir a la colección de partículas una energía potencial gravitatoria total, y una energía cinética total. El teorema de virial establece que

Una aplicación de este teorema sería la de una masa conocida de gas hidrógeno en una proto-estrella. Si se pudiera tener una buena estimación de la masa del gas, y se pudiera medir una muestra de las velocidades de las partículas para determinar su energía cinética, entonces se podría predecir la energía cinética de la nube de gas que sufre el colapso gravitacional. Así que para un radio dado de colapso, se puede hacer una predicción de la temperatura del gas de hidrógeno en términos de la energía cinética, y podría hacerse una predicción sobre cuando se alcanzaría la temperatura de ignición para la fusión del hidrógeno.

Otra aplicación potencial es la cuestión de la materia oscura. Si se examina un sistema de objetos en el espacio y se es capaz de medir la energía cinética del sistema, entonces se puede inferir la energía potencial gravitatoria. Si la masa total de todos los objetos visibles es demasiado pequeña para dar esa cantidad de energía potencial gravitatoria, entonces implica que allí hay materia que no se puede ver (materia oscura). Cuando esto se ha hecho para una variedad de tipos de galaxias, hay una fuerte evidencia de la existencia de materia oscura (Baez).

Masa de Jean

Cuando una colección de gas comienza el proceso de colapso gravitacional, ese colapso es opuesto por la presión de radiación. La "masa de Jean" es la cantidad mínima de masa que puede superar la presión de radiación para una densidad de energía determinada de la radiación. En el modelo del universo del big bang, las galaxias no podían formarse antes del punto de transparencia en el cual, el universo se enfrió lo suficiente para que se formaran los átomos, permitiendo que la radiación electromagnética escapara. Después de ese tiempo, la masa de Jean fue lo suficientemente pequeña para permitir que se formaran las galaxias y los cúmulos de galaxias.