Чому міжзоряне середовище не підтягується до найближчого масивного об’єкта?

Як ISM чинить опір гравітації? Це єдина сила, що діє на нього, і всі інші частинки, здається, збираються разом, утворюючи зірки. Що робить ISM таким особливим серед інших частинок?

interstellar-medium interstellar

— Макс
джерело

Чому ви вважаєте, що ISM чинить опір гравітації?

— Вальтер

Неправда, що частинки в міжзоряному середовищі (ІСМ) діють лише сила тяжіння. Наприклад,

У багатьох випадках значна частина ІСМ є іонізованою, в цьому випадку вона взаємодіє з магнітним полем, яке пронизує газ, а в деяких випадках може бути досить сильним.
Поблизу масивних і, отже, світяться зірок радіаційний тиск може чинити сильну силу на МКЗ. Вони також випромінюють велику кількість космічних променів (тобто релятивістських частинок), які передають імпульс до навколишнього газу.
Вибухи Супернової створюють гарячі бульбашки, які розширюються та проносяться через ІСМ, внаслідок чого виникають ударні хвилі та галактичні відтоки.

Однак у більшості випадків те, що може запобігти руйнуванню газової хмари, є просто її температура. Незважаючи на всі вищезгадані процеси, і незважаючи на те, що гравітація є найменшою силою, газові хмари іноді руйнуються, утворюючи зірки. Критерієм для цього є те, що газ досить щільний, а його внутрішній тиск (або теплова енергія) досить слабкий. Це описується нестабільністю Джинса , яка формулює критерій, коли хмара газу може згортатися через прирівнення сили тяжіння або теплової енергії до сили тяжіння. Один із способів виразити це - маса ( Jeans 1902 ), яка є критичною масою хмари, де теплова енергія точно врівноважується гравітаційними силами: $M_J$

М_{J} = ρ {(\frac{π к_{Б} Т}{4 мк м_{у} Г ρ})}^{3 / 2} \propto \frac{Т^{3 / 2}}{ρ^{1 / 2}} .

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Тут , і - константа Больцмана, гравітаційна константа і одиниця атомної маси, тоді як , і - це температура, середня молекулярна маса та густина газу.

k_{B}

$k_B$

G

$G$

m_{u}

$m_u$

T

$T$

μ

$\mu$

ρ

$\rho$

У другому рядку рівняння слід підкреслити , що збільшується зі зростанням температури, і де заломів з щільністю. Іншими словами, якщо газ занадто гарячий або занадто розбавлений, загальна маса, необхідна для руйнування, повинна бути вище. $M_J$

Загалом, газ не згортається, утворюючи зірки, якщо температура буде вище . Якщо температура вище, частинки просто рухаються занадто швидко. Оскільки різні процеси можуть легко нагріти ІСМ до мільйонів градусів, газ повинен охолонути, перш ніж він може впасти. Зробити це можна шляхом охолодження випромінювання: швидкоплинні атоми стикаються (або один з одним, або, частіше, з електронами). Частина кінетичної енергії атомів витрачається на збудження їх електронів на більш високі рівні. Коли атоми де-збуджуються, випускаються фотони, які можуть вийти із системи. Результатом цього є те, що теплова енергія вилучається з хмари, поки в якийсь момент вона не охолола, щоб зруйнуватися. $10^4\,\mathrm{K}$

— пела
джерело

Отже, ...., тут виникає питання: "Яка температура та щільність ІСМ?".

— Eric Towers

@EricTowers: Температура в ISM може, в принципі, приймати будь-яке значення від кількох Кельвінів до декількох (десятки) мільйонів Кельвінів. Однак різні процеси охолодження змушують газ досягати певних «плато» температур. Раніше я саме це обговорював у відповіді на те, наскільки холодний міжзоряний простір? . Wrt густини ( ), різні фази ІСМ, як правило, дуже рівномірно знаходяться в рівновазі тиску, так що продукт є більш-менш постійним.

n

$n$

n T

$nT$

— пела

Тобто, тоді як тепла хмара K може мати щільність - частинка на см , навколишній, гарячий конверт K матиме - см . І невелика молекулярна хмара K матиме щільність - см (і вище).

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: він не просить запитання, він ставить або не запитує . Запрошення питання, або petitio principii, - це логічна помилка, при якій письменник чи оратор вважає заяву, що розглядається, істинним. Див grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: " Це переклад латинської фрази petitio principii, і це означає, що хтось зробив висновок, виходячи з передумови, яка не має підтримки". " У сучасному просторічному вживанні " просити запитання "часто, мабуть, означає" ставити питання "(наприклад," Це ставить питання, чи ... ")" Оскільки це не 16 століття, я не обмежена минулими помилками та використанням цієї фрази. Все, про що я просив, - це підтримка.

— Eric Towers

Спочатку врахуйте, що гравітація слабка.

а_{S} = \frac{Г М_{⊙}}{r^{2}} ≃ 3.7 \times 10^{- 13} {м / с}^{2}

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

M_{⊙}

$M_\odot$

$\sim10^{-3}$ $\sim10^6$ $10^4$

Нарешті, гравітація не є єдиною силою, що діє на ІСМ. Наприклад, галактичні магнітні поля можуть впливати на динаміку ІСМ в різних сценаріях, включаючи запобігання або уможливлення краху молекулярних хмар (див. Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
джерело

Як ISM чинить опір гравітації?

Це не так. Є два чіткі джерела сили тяжіння: внутрішній і зовнішній. Внутрішня або самогравітація ISM може насправді призвести до колапсу та подальшого утворення зірок, як пояснено в іншій відповіді .

Зовнішнє гравітаційне притягання будь-якої зірки або газової хмари на ІСМ є занадто слабким, щоб мати значення та може бути знехтуваним, як показано в іншій відповіді .

Однак ІСМ піддається комбінованому гравітаційному тягу від усіх зірок, газу та темної речовини в Галактиці, тобто \ сили тяжіння самої Галактики . У відповідь на цей потяг ISM орбітує навколо Галактики на майже кругових орбітах, як і більшість зірок (у дисковій галактиці, такі як наша). Таким чином, ISM не є особливим у цьому плані.

Чому ISM не потрапляє у внутрішню Галактику (куди вона потягнута)? Це просто тому, що він має занадто великий кутовий імпульс. Ситуація точно така ж, як і для Землі, витягнутої до Сонця, але навколо неї навколо навколо (навколо).

Нарешті, зауважте, що магнітні сили та випромінювальний тиск сусідніх зірок значно слабкіші, ніж галактична гравітація, і їх можна знехтувати, розглядаючи галактичні орбіти МСМ.

— Вальтер
джерело