Физическая энциклопедия - гравитационная неустойчивость

нарастание со временем отклонений от ср. значения плотности и скорости движения в-ва в косм. пр-ве под действием сил тяготения. При первоначально близком к однородному распределению в-ва (газа, плазмы) Г. н. должна приводить к образованию сгустков в-ва. Теория Г. н. разработана для однородной среды, а также для простейших геом. конфигураций: плоского слоя; цилиндрически симметричных конфигураций, неоднородных по радиусу; тонкого диска.

Развитие Г. н. (гравитац. возмущений) в простых конфигурациях исследуется с целью объяснить происхождение скоплений галактик, отд. галактик и их внутр. структуры, звёзд и скоплений звёзд. Силам тяготения, стремящимся сконцентрировать в-во, противодействуют силы упругости в-ва (определяемые градиентом давления) и др. негравитац.

силы (эл.-магн., центробежные, вызванные вращением сгустка, и др.). Для однородной среды силы тяготения пропорц. размеру сгустка l, тогда как сила упругости пропорц. 1/l. Поэтому при больших l силы тяготения велики по сравнению с силами упругости, и сгусток больших размеров сжимается. Напротив, при малых l действие сил тяготения слабее действия сил упругости. Т. о., среда устойчива относительно распада на отд. малые сгустки и неустойчива относительно образования сгустков больших размеров. Если рассматривать лишь силы тяготения и упругости, то критич. значение lJ, отделяющее область устойчивости от области Г. н., т. н. длина волны Джинса, равно: lJ»азвOpi/Gr, где азв скорость звука, G гравитационная постоянная, r плотность в-ва. Аналогичные ф-лы для критич. размера lJ могут быть получены и при учёте вращения, турбулентности, эл.-магн. и др. сил, противодействующих силам тяготения и повышающих гравитац. устойчивость в-ва. Возмущения больших масштабов (l->lJ) на фоне стационарного ср. распределения в-ва нарастают со временем экспоненциально (пропорц. еwt, где w = OGr), а в расширяющейся (сжимающейся) среде по степенному закону (пропорц. ta, где t время с начала расширения, а значение а определяется из ур-ния состояния в-ва).

Следовательно, существующие на начальных стадиях расширения малые по амплитуде неоднородности растут со временем; это положение привлекается для объяснения возникновения галактик в теории расширяющейся Вселенной. Когда небольшие вначале неоднородности вырастают настолько, что относит. величина возмущения плотности становится порядка единицы (Dr/r = 1), наступает нелинейная стадия роста неоднородностей и возможно образование галактик и скоплений галактик.

Всё большее развитие получает числ. моделирование этих нелинейных процессов. .