Yıldızlararası ortam neden en yakın masif nesneye doğru çekilmiyor?

ISM yer çekimine nasıl direnir? Buna etki eden tek kuvvet budur ve diğer tüm parçacıklar yıldız oluşturmak için bir araya geliyor gibi görünmektedir. ISM'yi diğer parçacıklar arasında bu kadar özel yapan nedir?

interstellar-medium interstellar

— maksimum
kaynak

Sizce neden ISM yer çekimine direniyor?

— Walter

Yanıtlar:

Yıldızlararası ortamdaki (ISM) parçacıkların sadece yerçekimi ile hareket ettiği doğru değildir. Örneğin,

Birçok durumda ISM'nin önemli bir kısmı iyonize olur, bu durumda gaza nüfuz eden ve bazı durumlarda oldukça güçlü olabilen manyetik alanla etkileşir.
Masif ve dolayısıyla parlak yıldızların yakınında, radyasyon basıncı ISM üzerinde güçlü bir kuvvet uygulayabilir. Ayrıca, çevredeki gaza momentum aktaran bol miktarda kozmik ışın (yani göreceli parçacıklar) yayarlar.
Süpernova patlamaları ISM boyunca genişleyen ve süpüren sıcak kabarcıklar yaratarak şok dalgaları ve galaktik çıkışlara neden olur.

Bununla birlikte, çoğu durumda, bir gaz bulutunun çökmesini önleyebilecek şey, sıcaklığıdır. Yukarıdaki tüm işlemlere rağmen ve yerçekimi en zayıf kuvvet olmasına rağmen, gaz bulutları bazen yıldız oluşturmak için çöküyor. Bunun için kriter, gazın yeterince yoğun olması ve iç basıncının (veya termal enerjisinin) yeterince zayıf olmasıdır. Bu, bir gaz bulutu için basınç kuvvetlerini veya termal enerjiyi yerçekimine kadar çökme kriterini formüle eden Jeans kararsızlığı ile açıklanmaktadır . Bunu ifade etmenin bir yolu, termal enerjinin yerçekimi kuvvetleri tarafından tam olarak dengelendiği bir bulutun kritik kütlesi olan Jeans kütlesi ( Jeans 1902 ): $M_J$

M_{J} = ρ {(\frac{π k_{B} T}{4 μ m_{u} G ρ})}^{3 / 2} \propto \frac{T^{3 / 2}}{ρ^{1 / 2}} .

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Burada , ve Boltzmannn sabiti, yerçekimi sabiti ve atomik kütle birimi iken, , ve sıcaklık, ortalama moleküler kütle ve gazın yoğunluğudur.

k_{B}

$k_B$

G

$G$

m_{u}

$m_u$

T

$T$

μ

$\mu$

ρ

$\rho$

Denklemin ikinci doğrultusunda vurgulananlar sıcaklığı artar ve de yoğunluğu kırışıklıklar. Başka bir deyişle, gaz çok sıcak veya çok seyreltilmişse, çökmek için gereken toplam kütle daha yüksek olmalıdır. $M_J$

Genel olarak, sıcaklık değerinin üzerindeyse gaz yıldız oluşturmak için çökmez . Sıcaklık daha yüksekse, parçacıklar çok hızlı hareket eder. Çeşitli işlemler ISM'yi milyonlarca dereceye kadar ısıtabileceğinden, gazın çökmeden önce soğuması gerekir. Bunu yapmanın yolu, radyasyonun soğutulmasıdır: Hızlı hareket eden atomlar çarpışır (birbirleriyle veya daha sık olarak elektronlarla). Atomların kinetik enerjisinin bir kısmı elektronlarını daha yüksek seviyelere uyararak harcanır. Atomlar uyarıldığında sistemden ayrılabilen fotonlar yayılır. Net sonuç, termal enerjinin bir noktadan çökecek kadar soğuyana kadar buluttan çıkarılmasıdır. $10^4\,\mathrm{K}$

— pela
kaynak

Yani ...., bu şu soruyu akla getiriyor: "ISM'nin sıcaklığı ve yoğunluğu nedir?".

— Eric Towers

@EricTowers: ISM'deki sıcaklıklar prensip olarak birkaç Kelvin'den birkaç milyonlarca Kelvin'e kadar herhangi bir değer alabilir. Bununla birlikte, çeşitli soğutma işlemleri gazın belirli bir "yayla" ya ulaşmasını sağlar. Daha önce tam olarak , yıldızlararası boşluk ne kadar soğuk? . Wrt. yoğunluklarda ( ), ISM'nin çeşitli fazları, ürününün aşağı yukarı sabit olacağı şekilde basınç dengesinde çok kabaca olma eğilimindedir .

n

$n$

n T

$nT$

— pela

Yani, sıcak bir K bulut yoğunluğu - cm başına parçacık yoğunluğuna sahip olabilirken , çevreleyen, sıcak bir K zarfın - cm . Ve küçük bir K moleküler bulutun yoğunluğu - cm (ve üstü) olacaktır.

T \sim 10^{4}

$T\sim10^4$

n \sim 0.1

$n\sim0.1$

1

$1$

^{3}

$^3$

T \sim 10^{6}

$T\sim10^6$

n \sim 0.001

$n\sim0.001$

0.01

$0.01$

^{- 3}

$^{-3}$

T \sim 10^{2}

$T\sim10^2$

n \sim 10

$n\sim10$

10^{2}

$10^2$

^{- 3}

$^{-3}$

— pela

@EricTowers: o değil dilenmek o soruyu gündeme veya istemleri soru. Soruya ya da petitio principii'ye yalvarmak, yazarın ya da konuşmacının inceleme altındaki ifadenin doğru olduğunu varsaydığı mantıklı bir yanlıştır. Bkz grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: " Bu , Latince petitio principii ifadesinin bir çevirisi ve birisinin, desteği olmayan bir önermeye dayanan bir sonuç çıkardığı anlamına gelir." " Modern yerel kullanımda , 'dilenmek sorusu' sık sık 'soruyu gündeme getirmek' anlamına gelmektedir ('Bu,' Bu soruya yalvarır, ister ... ')'" Bu 16. yüzyıl olmadığı için ben geçmişin yanlış çevirileri ve cümlenin kullanımı ile sınırlı. Tek istediğim destekti.

— Eric Towers

İlk olarak, yerçekiminin zayıf olduğunu düşünün.

Güneş'e en yakın yıldız sistemi yaklaşık 4 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Alpha Centauri'dir . Güneş'in bu mesafenin yarısındaki yerçekimi nedeniyle ivmeyi düşünün: burada Güneş'in kütlesidir. Bu inanılmaz derecede küçük bir ivme, yani büyük kütlelerin çoğu ISM üzerinde çok küçük bir yerçekimi etkisine sahip. Parçacıklar büyük nesnelere çekilir. . . ama çok ama çok zayıf.

a_{S} = \frac{G M_{⊙}}{r^{2}} ≃ 3.7 \times 10^{- 13} {m/s}^{2}

$a_S=\frac{GM_\odot}{r^2}\simeq3.7\times10^{-13}\text{ m/s}^2$

M_{⊙}

$M_\odot$

Dedi ki, ISM bazen yapar çöküşü. Sayı yoğunluğu, santimetre küp başına partiküllerden santimetre küp başına partiküllere ( 1 , 2 ) kadar farklı parçalarda değişiklik gösterir . Bununla birlikte, santimetre küp başına yaklaşık parçacığın üstünde , bazen yıldız oluşturmak için çöken moleküler bulutlar rejimine girersiniz . $\sim10^{-3}$ $\sim10^6$ $10^4$

Son olarak, yerçekimi ISM'ye etki eden tek güç değildir. Örneğin galaktik manyetik alanlar , moleküler bulutların çökmesini önlemek veya etkinleştirmek de dahil olmak üzere ISM'nin çeşitli senaryolardaki dinamiklerini etkileyebilir (bakınız Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
kaynak

ISM yer çekimine nasıl direnir?

Öyle değil. İki farklı yerçekimi kaynağı vardır: iç ve dış. ISM'nin içsel veya kendiliğinden yerçekimi aslında başka bir cevapta açıklandığı gibi çökme ve müteakip yıldız oluşumu ile sonuçlanabilir .

ISM üzerindeki herhangi bir yıldız veya gaz bulutunun dış çekimsel çekiciliği, ilgisi olamayacak kadar zayıftır ve başka bir cevapta gösterildiği gibi ihmal edilebilir .

Bununla birlikte, ISM, Galaksideki tüm yıldızlardan, gazdan ve karanlık maddeden, yani Galaksinin kendisinin yerçekiminden birleşik yerçekimi çekimine maruz kalır . Bu çekime karşılık olarak ISM, yıldızların çoğunda olduğu gibi (bizimki gibi bir disk galaksisinde) Galaksiyi yakın dairesel yörüngelerde yörüngede çevirir. Dolayısıyla, ISM bu bakımdan özel değildir .

ISM neden iç Galaxy'ye (nereye çekilir) düşmüyor? Bunun nedeni, çok fazla açısal momentuma sahip olmasıdır. Durum, Dünya'nın Güneş'e çektiği, ancak etrafındaki bir çember üzerinde (neredeyse) yörüngede olduğu gibi tamamen aynıdır.

Son olarak, yakındaki yıldızlardan gelen manyetik kuvvetlerin ve radyasyon basıncının Galaktik yer çekiminden çok daha zayıf olduğunu ve ISM'nin Galaktik yörüngeleri göz önüne alındığında ihmal edilebileceğini unutmayın.

— Walter
kaynak