Почему галактики имеют форму диска?

Я всегда вижу галактики в форме «дисков» на картинках. Это похоже на вращательное движение на плоскости, и система уравновешивается притягивающей гравитационной силой, которая мешает звездам выпрыгнуть из галактики. Какова физическая причина этого? Я никогда не видел звезду в форме диска. Звезда - это не что иное, как гораздо меньшая, не твёрдая масса, вращающаяся вокруг оси, как галактики. Размер имеет значение? В чем разница? Почему типичная галактика не имеет сферическую форму, а не форму диска?

Спиральные галактики могут быть наиболее часто изображаемыми, вероятно, потому что мы находимся в одной, однако, галактики бывают разных размеров и форм. Страница Википедии по морфологической классификации Галактики объясняет наиболее распространенные классификации.

Отвечая на вопрос о названии:

Основной ответ на ваш вопрос - «Сохранение углового момента». Астрономы давно интересуются этим вопросом и до сих пор пишут статьи на эту тему. Даже если предположить, что во время большого взрыва во Вселенной не было чистого углового момента, можно было бы ожидать, что были локальные колебания. Когда галактики, первоначально сформированные гравитационным притяжением, эти чистые локальные количества остались. Теперь момент импульса сохраняется, поэтому, когда начальный набор звезд и газа в одном галактическом объеме начинает разрушаться, суммарный момент импульса должен оставаться неизменным. Так как момент импульса , для данного $\vec{L} =m\vec{v}\times\vec{r}$$v$легче сохранить если r велико. В ортогональном направлении (вдоль оси случайного углового момента) нет таких препятствий для коллапса, и поэтому сборник оказывается дискообразным. Между прочим, было проведено несколько исследований чистого углового момента большой коллекции галактик, полученных в Sloan Digital Sky Survey, и ответ довольно близок, но не совсем равен нулю. Будьте на связи.$L$$r$

Извлечено из статьи физического факультета Университета Феникса

Масса галактики (в основном в виде темной материи) находится примерно в сферической форме. Итак, если вы посмотрите на массу, галактика - это не диск, а сфероид. Но Темная Материя невидима, и то, что мы видим (звезды, газ и т. Д.), Находится на диске.

Причина того, что темная материя и нормальная материя ведут себя по-разному, заключается в том, что когда газ течет, возникает «трение» (темная материя не взаимодействует ни с собой, ни с нормальной материей). Это приводит к тому, что газ нагревается, и затем выделяется тепловая энергия (в виде инфракрасного излучения, света и т. Д.). Это означает, что со временем газ в галактике будет иметь тенденцию падать до более низкого уровня. Однако у газа также есть момент импульса (он вращается), и момент импульса должен быть сохранен (его нельзя излучать, как энергию). Таким образом, газ будет пытаться попасть в конфигурацию с низкой энергией, которая может поддерживать момент импульса. Форма, которая достигает этого, является диском.

Любые газовые облака, которые не вращаются в плоскости диска, попадут на него, и со временем они будут втянуты в тот же диск.

Газовые облака производят звезды, и поэтому большинство звезд также будут находиться в плоскости диска. Однако очень старые скопления звезд в шаровых скоплениях можно найти в виде сферической структуры вокруг диска.

Таким образом, галактики образуют формы дисков, потому что газ, который делает звезды, падает в форме дисков.

Однако не все галактики являются дисками. Когда дискообразные галактики сталкиваются, это может нарушить орбиты звезд, и вы получите галактику, имеющую форму «капли», они называются эллиптическими галактиками и очень распространены. Маленькие галактики также часто не имеют дисковой структуры. Они называются неправильными галактиками.

Галактики имеют форму диска, потому что они богаты газом и динамично молоды. Звезды также богаты газом, но они динамически старые, поэтому у них было время, чтобы избавиться от своих дисков. Молодые протозвезды (которые динамически молоды) окружены протозвездными дисками. Причина, по которой многие молодые объекты, богатые газом, имеют форму диска, заключается в том, что круговые орбиты совместимы с отсутствием пересечения орбит, а следовательно, и без ударов. В некотором смысле многие молодые астрономические объекты имеют форму диска, потому что они содержат (ед) газ, который может излучать не круговое движение.

Но диск не является наиболее вероятным состоянием гравитационной системы: с учетом времени, крутящих моментов, неустойчивостей или вязких процессов он будет стремиться к более вероятному компактному состоянию, где масса течет внутрь, а угловой момент - наружу. Вот почему протозвездные диски становятся звездами. Галактики, с другой стороны, не успели превратиться в гигантские черные дыры или получили возможность сделать это, проникая своей окружающей средой.

Когда две дисковые галактики с плохим газом сталкиваются, они создают эллиптическую форму, которая не похожа на диск. Когда сталкиваются две дисковые галактики с высоким содержанием газа, они образуют диск, похожий на галактику с выпуклостью.

Обновить

Еще один способ думать об этом - рассмотреть отношение момента импульса к полной энергии. Через шок, если присутствует газ, система может излучать часть своей энергии, так что это отношение становится больше. Высокое соотношение обычно соответствует дискообразной системе.

Все дело в том, может ли газ (или любой другой динамический объект) эффективно охлаждаться при разрушении. Если это возможно, вы получите диск, ориентированный перпендикулярно среднему угловому моменту, а если нет, вы получите сферический объект.

Диски: спиральные галактики, аккреционные диски черной дыры, протозвездные диски

сферы: звезды (достаточно плотные, чтобы быть непрозрачными для охлаждающего излучения), звездные скопления и эллиптические галактики (звезды в основном не сталкиваются, поэтому не могут охлаждаться), газ в скоплениях галактик (настолько низкой плотности, что атомы не сталкиваются достаточно часто, чтобы круто эффективно)