Galaksiler neden disk şeklindedir?

Ben her zaman resimlerde "disk" şeklinde gökadalar görüyorum. Bir düzlemde dönme hareketi vardır ve sistem, yıldızların galaksiden sıçramasını önleyen çekme kuvveti ile dengelenir. Bunun arkasındaki fiziksel neden nedir? Disk şeklinde bir yıldız görmedim. Bir yıldız, tıpkı galaksiler gibi, bir eksen etrafında dönen çok daha küçük, katı olmayan bir kütleden başka bir şey değildir. Boyut önemli midir? Farkı yaratan nedir? Tipik bir gökada neden bir disk şekli yerine küresel bir şekil oluşturmaz?

Spiral galaksiler muhtemelen en yaygın olarak tasvir edilebilir, çünkü kendimizi birinde buluruz, ancak galaksiler birçok boyutta ve şekilde gelir. Wikipedia'nın Galaxy morfolojik sınıflandırması sayfasındaki en yaygın sınıflandırmaları açıklar.

Başlıktaki soruyu cevaplamak:

Sorunuzun temel cevabı Açısal Momentumun Korunması. Gökbilimciler uzun zamandır bu soruya ilgi duyuyorlar ve hala bu konuda yazılar yazıyorlar. Büyük patlama anında evrende net açısal momentum olmadığını varsaysanız bile, kişi yerel dalgalanmalar olmasını bekleyebilirdi. Başlangıçta yerçekimi çekimiyle oluşan galaksiler bu net yerel miktarlar olarak kaldı. Şimdi açısal momentum korunur, böylece bir galaktik hacimdeki ilk yıldız ve gaz toplanması net açısal momentumun aynı kalması gerektiğinde. Belirli bir v için açısal momentum $\vec{L} =m\vec{v}\times\vec{r}$$v$Bunu kolaylaştırmak tasarruf etmek için ise r büyüktür. Dik yönde (kazara açısal momentum ekseni boyunca) çökmek için böyle bir engel yoktur ve bu nedenle koleksiyon disk şeklinde olur. Bu arada, Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'ndan gelen büyük bir gökada koleksiyonunun net açısal momentumu hakkında birkaç çalışma yapıldı ve cevap oldukça yakın ama tam olarak sıfır değil. Bizi izlemeye devam edin.$L$$r$

Bir alıntı Fizik maddenin Phoenix Üniversitesi,

Galaksinin kütlesi (çoğunlukla karanlık madde şeklinde) kabaca küresel bir damladır. Kütleye bakarsanız, galaksi bir disk değil, bir küredir. Ancak Karanlık Madde görünmezdir ve görebildiğimiz şey (yıldızlar, gaz vb.) Bir disktedir.

Karanlık maddenin ve normal maddenin farklı davranmasının nedeni, gaz akarken "sürtünme" olmasıdır (Karanlık madde kendisi veya normal madde ile etkileşime girmez). Bu, gazın ısınmasına neden olur ve ısı enerjisi daha sonra serbest bırakılır (kızıl ötesi, ışık vb.) Bu, zamanla galaksideki gazın daha düşük bir seviyeye düşme eğilimi göstereceği anlamına gelir. Bununla birlikte, gazın açısal momentumu da vardır (dönmektedir) ve açısal momentum korunmalıdır (enerji gibi yayılamaz). Böylece gaz, açısal momentumu koruyabilecek düşük enerjili bir konfigürasyona düşmeye çalışacaktır. Bunu başaran şekil bir disktir.

Diskin düzleminde yörüngede olmayan herhangi bir gaz bulutu diske çarpar ve zamanla aynı diske çekilir.

Gaz bulutları yıldız üretir ve böylece çoğu yıldız da diskin düzleminde olur. Bununla birlikte, küresel kümelerdeki çok eski yıldız kümeleri diskin etrafında küresel bir desende bulunabilir.

Böylece galaksiler disk şekilleri oluşturur, çünkü yıldızları oluşturan gaz bir disk şekline girer.

Ancak, tüm galaksiler disk değildir. Disk şeklindeki galaksiler çarpıştığında, bu yıldızların yörüngelerini bozabilir ve "damla" şeklinde bir galaksi elde edersiniz, bunlara eliptik galaksiler denir ve çok yaygındır. Küçük galaksilerin de genellikle bir disk yapısı yoktur. Bunlara düzensiz gökadalar denir.

Galaksiler disk şeklindedir çünkü gaz bakımından zengindir ve dinamik olarak gençtir. Yıldızlar da gaz bakımından zengindir ancak dinamik olarak eskidirler, bu yüzden disklerinden kurtulmak için zamanları olmuştur. Genç protostarlar (dinamik olarak genç olan) proto-yıldız disklerle çevrilidir. Birçok genç gaz zengini nesnenin disk şeklinde olmasının nedeni, dairesel yörüngelerin yörünge geçişi ile uyumlu olmaması, dolayısıyla şok olmamasıdır. Bir anlamda, birçok genç astronomik nesne disk şeklindedir, çünkü dairesel olmayan hareketi yayabilecek (gaz) gaz içerirler.

Ancak bir disk, yerçekimi sisteminin en olası durumu değildir: zaman, tork, kararsızlıklar veya viskoz süreçler göz önüne alındığında, kütlenin içe doğru aktığı ve açısal momentumun dışarı doğru aktığı daha olası bir kompakt duruma doğru eğilimlidir. Proto-stellar disklerin yıldız olmasının nedeni budur. Öte yandan galaksiler kendilerini devasa kara deliklere dönüştürmek için zaman bulamamış ya da çevreleriyle tork yaparak bunu yapma fırsatı tanınmamışlardır.

İki gaz zavallı disk gökada çarpıştığında, disk benzeri olmayan bir eliptik üretirler. İki gaz zengini disk galaksisi çarpıştığında, şişkinlik gökada gibi bir disk üretirler.

Güncelleme

Bunu düşünmenin bir başka yolu, açısal momentumun toplam enerjiye oranını düşünmektir. Şoklar yoluyla, eğer gaz varsa, sistem enerjisinin bir kısmını yayabilir, böylece bu oran büyür. Yüksek oran tipik olarak disk benzeri bir sisteme karşılık gelir.

Her şey, gazın (veya diğer dinamik nesnelerin) çökerken etkili bir şekilde soğuyabilip soğutmayacağı ile ilgilidir. Mümkünse, ortalama açısal momentuma dikey olarak yönlendirilmiş bir disk alırsınız, bunu yapamazsa küresel bir nesne elde edersiniz.

Diskler: sarmal gökadalar, kara delik toplama diskleri, protostellar diskler

küreler: yıldızlar (soğutma radyasyonuna opak olacak kadar yoğun), yıldız kümeleri ve eliptik galaksiler (yıldızlar çoğunlukla çarpışmaz, bu yüzden soğumaz), galaksi kümelerinde gaz (atomların yeterince sık çarpışmayacağı kadar düşük yoğunluk etkili serin)