Распределение химических элементов при формировании звезд

[Serge10]

Здравствуйте, уважаемые участники форума,
заранее извиняюсь за дилетантский вопрос, но поиск в Google не привел к внятному ответу.

Речь пойдет о формирующихся звездных системах. В силу каких-то внешних или внутренних возмущений облако молекулярного водорода и гелия с примесью более тяжелых элементов теряет гравитационную устойчивость и начинает сжиматься. Примем, что в начальный момент времени химический состав облака однороден (хотя напрямую это ниоткуда не следует, но, на мой взгляд, является вполне разумным допущением). В ходе сжатия, насколько я понимаю, появляется ускорение, направленное к центру облака. При этом в соответствии со вторым законом Ньютона сила тяжести, действующая на атомы тяжелых элементов, должна быть сильнее, чем в отношении легких (водорода).

Вопрос заключается в следующем - почему не происходит концентрация более тяжелых химических элементов в центре сжимающегося облака (будущей протозвезде)?

(Оффтоп)

Я по профессии биохимик и часто использую метод разделения белков, нуклеиновых кислот и их комплексов в градиенте плотности центрифугированием, при этом более тяжелые молекулы и комплексы оседают на дно пробирок, более легкие всплывают. Непонятно, почему нечто подобное не происходит в ходе звездообразования?

Или говоря другими словами, откуда берется материал для возникновения планет вроде Земли - ведь по логике все железо, никель и прочие тяжелые элементы должны были бы оказаться в центре Солнца? Но почему-то там, как раз, оказывается легкий водород. Что я не учитываю в своих рассуждениях?

[Geen]

Serge10 в сообщении #1623331 писал(а):

теряет гравитационную устойчивость

А откуда она берётся?

Serge10 в сообщении #1623331 писал(а):

в соответствии со вторым законом Ньютона сила тяжести, действующая на атомы тяжелых элементов, должна быть сильнее

А ускорение?

Serge10 в сообщении #1623331 писал(а):

Но почему-то там, как раз, оказывается легкий водород.

Сравните количество железа в Солнце и в Земле...

Serge10 в сообщении #1623331 писал(а):

в градиенте плотности центрифугированием

А не задумывались, зачем нужна центрифуга? И почему больше g это лучше? И зачем градиент плотности?

[Serge10]

Geen в сообщении #1623337 писал(а):

А откуда она берётся?

Не знаю, но при низкой плотности облака молекулярного водорода вроде бы стабильны? По крайней мере, в популярной литературе вроде Wikipedia пишут, что процесс звездообразования начинается с локальных возмущений (взрыв по соседству сверхновой звезды, слияние остатков звезд, взаимное гравитационное влияние облаков друг на друга и т. п.), приводящих к флуктуациям плотности газа и запуску процесса сжатия. Потому что если допустить исходную гравитационную неустойчивость облаков, то они все давно должны были бы превратиться в звезды?

Возможно, дело во внутренней кинетической энергии молекул облака (температуре и давлении)? Хотя, при температурах около абсолютного нуля эти значения минимальны.

Geen в сообщении #1623337 писал(а):

А ускорение?

А что не так с ускорением? Ускорение свободного падения вроде бы от массы падающей частицы не зависит.

Geen в сообщении #1623337 писал(а):

А не задумывались, зачем нужна центрифуга? И почему больше g это лучше? И зачем градиент плотности?

Во-первых, скорость разделения. Во-вторых, при разделении веществ центрифугированием нужно бороться с тепловой диффузией (температуры, при которых происходит центрифугирование, далеки от абсолютного нуля). Градиент плотности в целом не обязателен - можно последовательно собирать разделяемые вещества со дна пробирок (более тяжелые молекулы опустятся на дно быстрее). Но использование градиента позволяют получить стационарную картину, не зависящую от времени центрифугирования (дальнейшее увеличение времени центрифугирования и (или) $g$ не
влияют на разделение) - молекулы остаются в слое с нейтральной плавучестью.

Geen в сообщении #1623337 писал(а):

Сравните количество железа в Солнце и в Земле...

А разве правильно сравнивать абсолютные количества, учитывая разницу в массах Солнца и Земли? Разве не логичнее сравнивать относительные концентрации железа в составе Земли и Солнца относительно остальных, более легких элементов?

Да и если взять само Солнце - почему входящее в его состав железо не формирует плотное железное ядро, как в случае с Землей, а распределено по всему объему? Или все-таки, формирует, просто его масса мала на фоне массы всей звезды?

[Geen]

Serge10 в сообщении #1623344 писал(а):

Во-первых, скорость разделения. Во-вторых, при разделении веществ центрифугированием нужно бороться с тепловой диффузией (температуры, при которых происходит центрифугирование, далеки от абсолютного нуля).

Очень хорошо. Но как со всем этим обстоит дело в протозвёздном облаке?

[Serge10]

Geen в сообщении #1623359 писал(а):

Но как со всем этим обстоит дело в протозвёздном облаке?

Скорость разделения низкая, конечно (ускорение в начале сжатия почти никакое). Но и время другое - счет-то не на часы идет, как при центрифугировании, а на десятки миллионов лет. Да и с диффузией, насколько я понимаю, ситуация гораздо лучше обстоит, чем при центрифугировании - температуры-то в начальные моменты сжатия крайне низкие (близкие к абсолютному нулю). Ну а когда температура поднимается вследствие сжатия, уже и ускорение вырастает до значимых величин.

[Geen]

Serge10 в сообщении #1623376 писал(а):

Ну а когда температура поднимается вследствие сжатия, уже и ускорение вырастает до значимых величин.

Но проблема в том, что вот та самая "устойчивость" (которую Вы упоминали вначале) обеспечивается, как-раз, температурой...

Serge10 в сообщении #1623376 писал(а):

Скорость разделения низкая, конечно (ускорение в начале сжатия почти никакое).

Так а откуда разделение вообще возьмётся? Плавучесть иона железа отличается от плавучести протонов?

[Serge10]

Geen в сообщении #1623380 писал(а):

Но проблема в том, что вот та самая "устойчивость" (которую Вы упоминали вначале) обеспечивается, как-раз, температурой...

Звучит логично. Но тогда как во Вселенной до сих пор сохранились облака холодного (несколько градусов Кельвина) молекулярного водорода? Ведь получается, что они гравитационно неустойчивыми должны быть, и за время, прошедшее после Большого взрыва, всяко должны были бы уже сжаться.

Я ведь правильно понимаю, что практически весь водород, участвующий в звездообразовании, образовался в результате Большого взрыва? И в современной Вселенной серьезных источников водорода (которые могли бы породить те самые облака, в которых звезды образуются) нет?

Geen в сообщении #1623380 писал(а):

Плавучесть иона железа отличается от плавучести протонов?

А разве нет? Ведь у нас даже не протоны, а молекулы водорода вокруг. Да и железо не ионизировано (откуда, если мы про начальные стадии сжатия облака говорим?). Так почему бы тогда атомам железа не "тонуть" в водороде?

[DimaM]

Serge10 в сообщении #1623386 писал(а):

Но тогда как во Вселенной до сих пор сохранились облака холодного (несколько градусов Кельвина) молекулярного водорода? Ведь получается, что они гравитационно неустойчивыми должны быть, и за время, прошедшее после Большого взрыва, всяко должны были бы уже сжаться.

Неустойчивость происходит, если размер облака больше джинсовской длины. Поэтому неплохо бы ее для начала прикинуть.

Что до начального вопроса: есть много хороших книжек про образование планетных систем, почему бы ТС их не почитать? По результатам ознакомления можно будет предметно все обсудить, без этого рукомахательства.

[Amw]

Serge10 в сообщении #1623331 писал(а):

При этом в соответствии со вторым законом Ньютона сила тяжести, действующая на атомы тяжелых элементов, должна быть сильнее, чем в отношении легких (водорода).

А ничего, что специально для Вас люди привезли на Луну молоток и перышко?

[Geen]

Serge10 в сообщении #1623386 писал(а):

как во Вселенной до сих пор сохранились облака холодного (несколько градусов Кельвина) молекулярного водорода?

Но Вселенная исходно была горячая....

Serge10 в сообщении #1623386 писал(а):

Так почему бы тогда атомам железа не "тонуть" в водороде?

А градиент давления есть?