Explique o processo físico pelo qual fragmentos de baixa massa se formam dentro desta nuvem.

Passo 1

O enunciado pede que a gente explique como, dentro de uma nuvem molecular, podem nascer pedaços (fragmentos) de massa baixa. O assunto envolve gravitação em meios gasosos, instabilidade de Jeans, resfriamento radiativo e fragmentação hierárquica.

Passo 2

Para entender a fragmentação, usamos a instabilidade de Jeans. Existe uma massa crítica, chamada massa de Jeans, abaixo da qual a pressão térmica vence a gravidade e o colapso não ocorre. Essa massa é dada por
MJsimcs^3G^3/2rho^1/2
onde cs é a velocidade do som (que depende da temperatura), rho é a densidade e G a constante gravitacional. Regiões com massa acima de MJ colapsam sob sua gravidade.

Passo 3

Conforme o colapso geral da nuvem avança, a densidade local aumenta. Se o gás consegue radiar (isto é, se esfria), a temperatura não sobe tanto e até pode diminuir. Isso faz cs cair e, pela fórmula acima, MJ diminuir também. Assim, as porções de menor massa tornam-se gravitalmente instáveis e podem colapsar separadamente, gerando fragmentos de massa cada vez menor.

Passo 4

Além disso, o gás molecular é turbilhento e tem flutuações de densidade. Essas flutuações criam sementes de regiões mais densas que entram em colapso antes do restante. O processo repete de forma hierárquica: cada fragmento que colapsa pode se subdividir em subfragmentos menores, até que a densidade fique tão alta que o gás fique opaco ao resfriamento radiativo (limite de opacidade). Aí o colapso prossegue sem mais fragmentação, definindo a menor massa típica dos núcleos de protoestrelas.

Resposta

Fragmentos de baixa massa surgem devido à combinação de instabilidade de Jeans, eficiente resfriamento radiativo (que reduz a massa de Jeans durante o colapso) e turbulência, promovendo uma fragmentação hierárquica até o limite de opacidade do gás.

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