Чому мають форми диска галактик?

Я завжди бачу галактики в "дисковій" формі на малюнках. Начебто на площині відбувається обертальний рух, і система врівноважується тягнеться гравітаційною силою, яка заважає зіркам вистрибувати з галактики. У чому полягає фізична причина цього? Я ніколи не бачив зірки в формі диска. Зірка - це не що інше, як набагато менша нетверда маса, що обертається навколо осі, як і галактики. Чи має значення розмір? Що має значення? Чому типова форма галактики не має сферичної форми, а не форми диска?

Спіральні галактики, можливо, найчастіше зображуються, ймовірно, тому, що ми опиняємось в одній, однак галактики бувають різних розмірів і форм. Сторінка Вікіпедії за морфологічною класифікацією Галактики пояснює найпоширеніші класифікації.

Відповідь на питання щодо назви:

Основна відповідь на ваше запитання - Збереження імпульсу кута. Астрономи вже давно цікавляться цим питанням і досі пишуть документи на цю тему. Навіть якщо припустити, що під час великого вибуху у Всесвіті не було чистих кутових імпульсів, можна було б очікувати, що були місцеві коливання. Коли галактики, спочатку утворені гравітаційним притяганням, ці чисті локальні кількості залишалися. Зараз імпульс кута зберігається, тому коли початковий збір зірок і газу в одному галактичному об'ємі починає руйнуватися, чистий імпульс кута повинен залишатися колишнім. Оскільки імпульс кута , для даного $\vec{L} =m\vec{v}\times\vec{r}$$v$його легше зберегти якщо r великий. В ортогональному напрямку (вздовж осі випадкового імпульсу кута) немає такого перешкоди для згортання, і тому колекція має дискову форму. До речі, було проведено декілька досліджень щодо імпульсу сітки великої колекції галактик, що надходять із опитування цифрового неба Sloan, і відповідь досить близька до, але не зовсім нульової. Слідкуйте за налаштуваннями.$L$$r$

Витягнуто зі статті фізичного факультету університету Фенікса

Маса галактики (здебільшого у вигляді темної речовини) знаходиться у грубо кулястому відриві. Отже, якщо дивитися на масу, галактика - це не диск, а сфероїд. Але Dark Matter невидимий, і те, що ми можемо бачити (зірки, газ тощо), знаходиться на диску.

Причина того, що Темна матерія і нормальна матерія поводяться по-різному, полягає в тому, що при потоці газу виникає "тертя" (Темна матерія не взаємодіє ні з собою, ні з нормальною речовиною). Це спричиняє нагрівання газу, а потім теплова енергія вивільняється (як інфрачервона, світла тощо). Це означає, що з часом газ у галактиці буде падати на нижчий рівень. Однак газ також має імпульс кута (він обертається), і імпульс кута потрібно зберегти (він не може випромінюватися як енергія). Тож газ намагатиметься потрапити в конфігурацію низької енергії, яка може підтримувати кутовий імпульс. Форма, яка цього досягає, - це диск.

Будь-які газові хмари, які не обертаються в площині диска, потраплять на нього, і з часом вони будуть втягуватися в один і той же диск.

Газові хмари виробляють зірки, і тому більшість зірок також опиняться в площині диска. Дуже старі скупчення зірок у кульових скупченнях, однак, можна знайти у сферичній картині навколо диска.

Так галактики утворюють форми диска, оскільки газ, який створює зірки, потрапляє у форму диска.

Однак не всі галактики є дисками. Коли стикаються дископодібні галактики, це може порушити орбіти зірок, і ви отримаєте галактику, що має форму "крапка", вони називаються еліптичними галактиками і є дуже поширеними. Невеликі галактики також часто не мають структури диска. Вони називаються нерегулярними галактиками.

Галактики мають дискову форму, оскільки вони багаті газом і динамічно молоді. Зірки також багаті газом, але вони динамічно старі, тому встигли позбутися від своїх дисків. Молоді протостари (які динамічно молоді) оточені протозоряними дисками. Причина того, що багато молодих об'єктів, багатих газом, має дискові форми, полягає в тому, що кругові орбіти сумісні з перетином орбіти, отже, не виникають поштовхи. У деякому сенсі багато молодих астрономічних об'єктів мають форму диска, оскільки вони містять (ed) газ, який може випромінювати далеко не круговий рух.

Але диск - це не найімовірніший стан гравітаційної системи: за даного часу, крутящих моментів, нестабільності або в'язких процесів він буде схильний до більш імовірного компактного стану, де маса протікає всередину і кутовий імпульс назовні. Ось чому протозоряні диски стають зірками. Галактики, з іншого боку, не встигли перетворити себе у гігантські чорні діри, або їм було надано можливість зробити це за допомогою торкнінгу з оточенням.

Коли стикаються дві дискові галактики з бідними газами, вони утворюють еліптичну форму, яка не є дисковою. Коли стикаються дві дискові галактики, багаті газами, вони утворюють диск, як галактика з опуклістю.

Оновлення

Ще один спосіб подумати над цим - це розглянути відношення імпульсу кута до загальної енергії. Через шоки, якщо газ присутній, система може випромінювати частину своєї енергії, щоб цей коефіцієнт став більшим. Високе співвідношення зазвичай відповідає системі, що нагадує диск.

Вся справа в тому, чи може газ (або будь-який інший динамічний об’єкт) ефективно охолоджуватися при руйнуванні. Якщо це можливо, ви отримуєте диск, орієнтований перпендикулярно до середнього кутового імпульсу, тоді як, якщо він не може, ви отримуєте сферичний об'єкт.

Диски: спіральні галактики, накопичувальні диски з чорною дірою, протозоряні диски

сфери: зірки (досить щільні, щоб бути непрозорими для випромінювання охолодження), зіркові скупчення та еліптичні галактики (зірки переважно не стикаються, тому не можуть охолонути), газ у скупчення галактик (настільки низької щільності, що атоми не стикаються досить часто, щоб круто ефективно)