绝热细丝的引力不稳定性

纤维状结构，即细长而狭窄的物质流，出现在天文学的诸多领域。本文通过对绝热与多方流体柱（即球形多方球的柱形类比）进行本征模分析，研究此类细丝的稳定性。我们表明，这些柱体在低于临界波数 $k_{\rm crit} \simeq few$ 时沿柱轴方向对扰动引力不稳定，其中 $k_{\rm crit}$ 相对于柱体半径度量。低于该临界波数时扰动以 $\propto e^{\sigma_{\rm u}\tau}$ 增长，其中 $\tau$ 为相对于横跨柱体直径声速穿越时间的时间，我们推导了增长率 $\sigma_{\rm u}$ 作为波数的函数。我们发现存在最大增长率 $\sigma_{\rm max} \sim 1$，出现于特定波数 $k_{\rm max} \sim 1$，并推导了一系列绝热指数下的增长率 $\sigma_{\rm max}$ 以及波数 $k_{\rm max}$ 与 $k_{\rm crit}$。就纤维状结构可近似为绝热且类流体而言，我们的结果表明这些细丝是不稳定的，无需诉诸磁场或外部介质。此外，由此类细丝不稳定性凝聚出的天体以偏好长度尺度分隔、在偏好时间尺度上形成，并拥有偏好质量尺度。