1. 개요
진스 불안정성(Jeans instability), 진스 한계라고도 한다.알기 쉽게 간단히 설명하자면, 별이 탄생하는 과정에서는 성운 등의 가스덩어리 같은 것들이 뭉쳐야 한다. 이때 별을 구성하게 되는 가스덩어리들은 서로간의 중력(끌어당기는 힘)과 가스압(팽창하려는 힘)이 동시에 작용하여 힘의 줄다리기를 하게 되고, 만유인력이 이겨서 서로 뭉치면 별이 된다. 이때 이렇게 뭉쳐서 별의 생성에 대한 원인과 최소한의 조건을 말한다. 그리고 이는 또다시 진스길이와 진스질량으로 나누어진다. 이름은 가스 구름 내에서 발생하는 중력 붕괴 과정을 연구한 영국 물리학자 제임스 호프우드 진스의 이름이 붙은 것이다.
자세히 설명하자면, 천체물리학에서 성간 가스가 중력붕괴를 일으켜 항성을 형성하게 하는 불안정성이다. 내부 가스 압력이 중력 붕괴를 감당해내지 못할 때 발생하게 된다. 안정 상태를 유지하기 위해서는 가스 구름이 아래 식처럼 정역학적 평형[1][2] 상태에 있어야 하며, 구름이 구형일 때 그 식은 다음과 같다.
[math(\dfrac{dp}{dr}=-\dfrac{G\rho(r)M_{enc}(r)}{r^2})]
[math(M_{enc})]은 에워싸인 질량, [math(p)]는 압력, [math(r)]은 반경(반지름), [math(\rho(r))]는 [math(r)]에서 가스의 밀도, [math(G)]는 중력상수다. 여기서 일어날 수 있는 작은 요동이 줄어들었을 때는 평형 상태가 안정되고, 증폭되었을 때는 평형 상태가 불안정해진다. 일반적으로 가스 구름은 특정 온도에서 질량이 너무 크거나 또는 특정 질량에서 온도가 너무 낮아서 중력이 가스 압력을 압도했을 때 불안정해진다.
무진장 쉬운 비유를 하자면, 풍선이 둥글게 부풀기 위해서는 안쪽에 공기(가스압)가 충분해야 한다. 하지만 동시에, 풍선 표면의 탄성이 터지지 않고 버틸 수 있어야 한다. 이 때 풍선 표면의 탄성을 진스한계라고 할 수 있을 것이다.
2. 진스 길이
2.1. 간단한 정의
구름(성간 먼지 구름 따위)을 팽창시키는 열에너지와 수축시키는 중력이 대립하여 별이 되는지 마는지를 결정짓는 경계 범위이다.2.2. 자세한 설명
[math(\lambda_J=\sqrt{\dfrac{15k_BT}{4\pi G\mu\rho}})]
진스 길이(Jeans length)의 식.
여기서 [math(k_B)]는 볼츠만 상수, [math(T)]는 구름의 온도, [math(\mu)]는 구름의 입자당 질량, [math(G)]는 중력 상수, [math(\rho)]는 구름의 질량 밀도(구름의 질량을 구름의 부피로 나눈 것)이다.
기체에서 중력 수축을 일으키는 최소 크기의 교란으로 물질의 압력, 온도, 밀도에 의존한다. 넓은 지역에 걸쳐 분포된 가스가 그 가스의 중심을 향해 중력낙하하려면 일정한 조건을 만족해야 한다. 처음에는 중심의 한 지점을 향해 낙하하는 경우, 이 조건을 만족하는 길이를 지칭한다.
3. 진스 질량
3.1. 간단한 정의
먼지구름 따위가 수축해 별이 만들어지기 위해 필요한 최소 질량이다.3.2. 자세한 설명
가스 구름은 특정 온도와 반경에서, 질량이 작으면 안정적이지만, 어떤 임계 질량을 초과하면 다른 힘이 붕괴를 저지시킬 때까지 폭주해서 수축하는 과정을 시작하게 된다. 진스는 이 임계 질량을 계산하여 밀도와 온도에 대한 함수식으로 나타냈다. 구름의 질량이 클수록, 크기가 작을수록, 온도가 낮을수록 중력 붕괴가 일어나기 쉬워진다. 진스는 별을 구성하게 될 구름의 압력([math(P)]), 중력([math(G)]), 밀도([math(\rho)])에 비례관계가 있을것이라 생각해서 그에 대한 각종 공식을 만들어냈다.[math(M_j=\dfrac{9}{4}\times\Bigl(\dfrac{1}{2\pi n}\Bigl)^{\tiny\dfrac{1}{2}}\times\dfrac{1}{m^2}\times\biggl(\dfrac{kT}{G}\biggl)^{\tiny\dfrac{3}{2}})]
진스 질량을 구하는 대표적인 공식.
[math(n)]은 입자 개수 밀도이며 [math(m)]은 구름 내 가스 입자의 평균 질량이고, [math(T)]는 가스의 온도이다.
[1] 수축하게 만드는 힘인 중력과 팽창하려는 힘인 압력이 똑같은 상태이다. 이런 평형상태가 아니면 별은 수축하거나 팽창한다.[2] 별의 일생 중에서 이런 평형상태가 가장 오래 유지되는 단계는 주계열성 단계이다.