Почему межзвездная среда не притягивается к ближайшему массивному объекту?

Как ISM противостоит гравитации? Это единственная сила, действующая на него, и все другие частицы, похоже, собираются вместе, образуя звезды. Что делает ISM таким особенным среди других частиц?

interstellar-medium interstellar

— Максимум
источник

Почему вы думаете, что ISM противостоит гравитации?

— Уолтер

Ответы:

Неверно, что на частицы в межзвездной среде (ИСМ) действует только гравитация. Например,

Во многих случаях значительная часть ISM ионизирована, и в этом случае она взаимодействует с магнитным полем, которое пронизывает газ и может в некоторых случаях быть довольно сильным.
В окрестности массивных и, следовательно, светящихся звезд радиационное давление может оказывать сильное воздействие на ISM. Они также испускают большое количество космических лучей (то есть релятивистских частиц), которые передают импульс окружающему газу.
Взрывы сверхновых создают горячие пузырьки, которые расширяются и проникают через ISM, приводя к ударным волнам и галактическим оттокам.

В большинстве случаев, однако, то, что может предотвратить разрушение газового облака, - это просто его температура. Несмотря на все вышеперечисленные процессы и несмотря на то, что гравитация является самой слабой силой, газовые облака иногда разрушаются, образуя звезды. Критерий для этого заключается в том, что газ достаточно плотный, а его внутреннее давление (или тепловая энергия) достаточно слабое. Это описывается нестабильностью Джинса , которая формулирует критерий коллапса газового облака, приравнивая силы давления или тепловую энергию к гравитации. Одним из способов выразить это является масса Джинса ( Джинс 1902 ), которая является критической массой облака, в котором тепловая энергия точно сбалансирована силами гравитации: $M_J$

M_{J} знак равно ρ {(\frac{π К_{В} T}{4 μ м_{U} грамм ρ})}^{3 / 2} α \frac{T^{3 / 2}}{ρ^{1 / 2}},

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Здесь , и - постоянная Больцманна, гравитационная постоянная и атомная единица массы, а , и - температура, средняя молекулярная масса и плотность газа.

k_{B}

$k_B$

G

$G$

m_{u}

$m_u$

T

$T$

μ

$\mu$

ρ

$\rho$

Во второй строке уравнения следует подчеркнуть , что увеличивается с ростом температуры, и де заломов с плотностью. Другими словами, если газ слишком горячий или слишком разбавленный, общая масса, необходимая для разрушения, должна быть выше. $M_J$

В общем, газ не разрушится, чтобы сформировать звезды, если температура выше приблизительно . Если температура выше, частицы просто движутся слишком быстро. Поскольку различные процессы могут легко нагреть ISM до миллионов градусов, газ должен остыть, прежде чем он может разрушиться. Одним из способов сделать это является охлаждение излучения: быстро движущиеся атомы сталкиваются (либо друг с другом, либо чаще с электронами). Некоторая часть кинетической энергии атомов расходуется на возбуждение их электронов до более высоких уровней. Когда атомы возбуждаются, испускаются фотоны, которые могут покинуть систему. Конечным результатом является то, что тепловая энергия удаляется из облака, пока в какой-то момент оно не охладится настолько, чтобы разрушиться. $10^4\,\mathrm{K}$

— Пела
источник

Итак, возникает вопрос: «Какова температура и плотность ISM?».

— Эрик Тауэрс

@EricTowers: температуры в ISM, в принципе, могут принимать любое значение от нескольких Кельвинов до нескольких (десятков) миллионов Кельвинов. Однако различные процессы охлаждения заставляют газ достигать определенных «плато» температур. Я ранее обсуждал именно это в ответе на вопрос " Как холодно межзвездное пространство?" , Wrt. плотности ( ), различные фазы ISM имеют тенденцию быть очень приблизительно в равновесии давления, так что продукт является более или менее постоянным.

n

$n$

n T

$nT$

— Пела

То есть, в то время как теплое облако K может иметь плотность - частиц на см , окружающая горячая K будет иметь - см . И небольшое K молекулярное облако будет иметь плотность - см (и выше).

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}

$^{-3}$

— Пела

@EricTowers: он не умолять вопрос, он поднимает или запрашивает вопрос. Попрошайничество, или petitio Principii, является логической ошибкой, в которой автор или докладчик считает, что рассматриваемое утверждение является правдой. См grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: « Это перевод латинской фразы petitio Principii, и это означает, что кто-то сделал вывод, основываясь на предпосылке, которой не хватает поддержки». « В современном народном употреблении « умолять вопрос »часто означает« ставить вопрос »(как, например,« Это напрашивается на вопрос, стоит ли ... »)« Поскольку это не XVI век, я не ограничено неправильным переводом прошлого и использованием фразы. Все, что я просил, было поддержкой.

— Эрик Тауэрс

Во-первых, учтите, что гравитация слабая.

Ближайшая к Солнцу звездная система - Альфа Центавра , на расстоянии около 4 световых лет. Рассмотрим ускорение силы тяжести Солнца на половине этого расстояния: где - масса Солнца. Это невероятно небольшое ускорение, означающее, что большинство массивных тел имеют очень небольшое гравитационное влияние на ISM. Частицы притягиваются к массивным объектам. , , но очень и очень слабо

a_{S} знак равно \frac{грамм M_{⊙}}{р^{2}} ≃ 3,7 \times 10^{- 13} {Миз}^{2}

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

M_{⊙}

$M_\odot$

Тем не менее , ISM иногда делает коллапс. плотность варьируется в разных частях, от частиц на кубический сантиметр до частиц на кубический сантиметр ( 1 , 2 ). Выше примерно частиц на кубический сантиметр, хотя, вы вторгаться в режим молекулярных облаков , которые иногда делают коллапс формы звезд. $\sim10^{-3}$ $\sim10^6$ $10^4$

В заключение отметим, что гравитация - не единственная сила, действующая на ISM. Например, галактические магнитные поля могут влиять на динамику ISM в различных сценариях, включая предотвращение или включение коллапса молекулярных облаков (см. Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
источник

Как ISM противостоит гравитации?

Это не так. Есть два различных источника гравитации: внутренний и внешний. Внутренняя или самогравитация ISM может фактически привести к коллапсу и последующему образованию звезды, как объяснено в другом ответе .

Внешнее гравитационное притяжение от любой звезды или газового облака на ISM слишком слабое, чтобы быть актуальным, и им можно пренебречь, как продемонстрировано в еще одном ответе .

Однако ISM подвергается комбинированному гравитационному притяжению всех звезд, газа и темной материи в Галактике, то есть гравитации самой Галактики . В ответ на это притяжение ISM вращается вокруг Галактики на почти круговых орбитах, как и большинство звезд (в дисковой галактике, такой как наша). Таким образом, ISM не является особенным в этом отношении.

Почему ISM не попадает во внутреннюю Галактику (куда ее тянут)? Это просто потому, что у него слишком много углового момента. Ситуация точно такая же, как и для Земли, притянутой к Солнцу, но вращающейся (почти) по кругу вокруг него.

Наконец, обратите внимание, что магнитные силы и радиационное давление от соседних звезд намного слабее, чем галактическая гравитация, и им можно пренебречь, рассматривая галактические орбиты ISM.

— Вальтер
источник