Dlaczego medium międzygwiezdne nie jest przyciągane w kierunku najbliższego masywnego obiektu?

Jak ISM opiera się grawitacji? To jedyna siła działająca na nią, a wszystkie inne cząsteczki wydają się gromadzić razem, tworząc gwiazdy. Co sprawia, że ISM jest tak wyjątkowy wśród innych cząstek?

interstellar-medium interstellar

— Max
źródło

Jak myślisz, dlaczego ISM jest odporny na grawitację?

— Walter,

Nie jest prawdą, że na cząstki w ośrodku międzygwiezdnym (ISM) działa tylko grawitacja. Na przykład,

W wielu przypadkach znaczna część ISM jest zjonizowana, w którym to przypadku oddziałuje z polem magnetycznym, które przenika gaz, a w niektórych przypadkach może być dość silna.
W pobliżu masywnych, a tym samym świecących gwiazd, ciśnienie promieniowania może wywierać silną siłę na ISM. Emitują także duże ilości promieni kosmicznych (tj. Cząstek relatywistycznych), które przenoszą pęd do otaczającego gazu.
Eksplozje supernowej tworzą gorące bąbelki, które rozszerzają się i omiatają ISM, powodując fale uderzeniowe i wypływy galaktyk.

Jednak w większości przypadków tym, co może zapobiec zapadnięciu się chmury gazu, jest po prostu jej temperatura. Pomimo wszystkich powyższych procesów i pomimo, że grawitacja jest najsłabszą siłą, chmury gazu czasami zapadają się tworząc gwiazdy. Kryterium tego jest to, że gaz jest wystarczająco gęsty, a jego ciśnienie wewnętrzne (lub energia cieplna) jest wystarczająco słabe. Jest to opisane przez niestabilność Dżinsa , która formułuje kryterium zapadnięcia się chmury gazu przez zrównanie sił ciśnienia lub energii cieplnej z grawitacją. Jednym ze sposobów na wyrażenie tego jest masa dżinsów $M_J$ ( Dżinsy 1902 ), która jest masą krytyczną chmury, w której energia cieplna jest dokładnie równoważona przez siły grawitacji:

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

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Tutaj

k_{B}

$k_B$ ,

G

$G$ , i

m_{u}

$m_u$ są stałe Boltzmannn, w stałą grawitacji, a jednostka masy atomowej, a

T

$T$ ,

μ

$\mu$ i

ρ

$\rho$ są temperatury, średnia masa cząsteczkowa i gęstość gazu.

W drugiej linii równania należy podkreślić, że $M_J$ zwiększa się wraz z temperaturą, i de zagnieceń z gęstości. Innymi słowy, jeśli gaz jest zbyt gorący lub zbyt rozcieńczony, całkowita masa potrzebna do zapadnięcia się musi być wyższa.

Ogólnie rzecz biorąc, gaz nie zapada się, tworząc gwiazdy, jeśli temperatura jest wyższa niż około $10^4\,\mathrm{K}$ . Jeśli temperatura jest wyższa, cząsteczki po prostu poruszają się zbyt szybko. Ponieważ różne procesy mogą z łatwością podgrzać ISM do milionów stopni, gaz musi ostygnąć, zanim się zapadnie. Na drodze do tego jest chłodzenie promieniowania: szybko poruszające się atomy zderzają się (albo ze sobą, albo częściej z elektronami). Część energii kinetycznej atomów jest wydawana na ekscytujące elektrony na wyższe poziomy. Gdy atomy ulegają wzbudzeniu, emitowane są fotony, które mogą opuścić układ. Rezultatem netto jest to, że energia cieplna jest usuwana z chmury, aż w pewnym momencie ostygnie wystarczająco, aby się zapaść.

— pela
źródło

Tak więc .... rodzi się pytanie: „Jaka jest temperatura i gęstość ISM?”.

— Eric Towers,

@EricTowers: Temperatury w ISM mogą w zasadzie przyjmować dowolną wartość od kilku kelwinów do kilku (dziesiątek) milionów kelwinów. Jednak różne procesy chłodzenia powodują, że gaz osiąga określone „plateau” temperatur. Wcześniej dokładnie to omawiałem w odpowiedzi na pytanie, jak zimno jest przestrzeń międzygwiezdna? . Wrt. Gęstości (

), przy czym różne etapy ISM bywają bardzo przybliżeniu w równowadze ciśnieniowej, tak że produkt

jest bardziej lub mniej stała.

n

$n$

n T

$nT$

— pela

Oznacza to, że podczas gdy w ciepłej

K chmury może mieć gęstość

cząstek na cm

, a otaczającą go gorącą

K koperta mieć

. A mała chmura molekularna

K będzie miała gęstość

(i więcej).

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: nie błagać pytanie, to rodzi , albo poprosi pytanie. Żebranie pytania, czyli petitio principii, jest logicznym błędem, w którym autor lub mówca zakłada, że badane stwierdzenie jest prawdziwe. Zobacz grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: „ Jest to tłumaczenie łacińskiego zwrotu petitio principii i oznacza, że ktoś doszedł do wniosku na podstawie przesłanki, która nie ma poparcia”. „ We współczesnym języku ojczystym „ błaganie o pytanie ”często wydaje się oznaczać„ zadawanie pytania ”(jak w„ To nasuwa pytanie, czy ... ”)„ Ponieważ to nie jest XVI wiek, nie jestem ograniczone błędnymi tłumaczeniami przeszłości i użyciem frazy. Prosiłam tylko o wsparcie.

— Eric Towers

Po pierwsze, rozważ, że grawitacja jest słaba.

{za}_{S.} = \frac{sol {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_{⊙}

$M_\odot$

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

Ostatecznie grawitacja nie jest jedyną siłą działającą na ISM. Galaktyczne pola magnetyczne mogą na przykład wpływać na dynamikę ISM w różnych scenariuszach, w tym zapobiegając lub umożliwiając zapadanie się chmur molekularnych (patrz Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
źródło

Jak ISM opiera się grawitacji?

Tak nie jest. Istnieją dwa różne źródła grawitacji: wewnętrzna i zewnętrzna. Grawitacja wewnętrzna lub własna ISM może w rzeczywistości spowodować zapadnięcie się i późniejsze tworzenie się gwiazd, jak wyjaśniono w innej odpowiedzi .

Zewnętrzne przyciąganie grawitacyjne z dowolnej gwiazdy lub chmury gazu na ISM jest zbyt słabe, aby miało znaczenie i można je zignorować, jak pokazano w innej odpowiedzi .

Jednak ISM podlega połączonemu przyciąganiu grawitacyjnemu ze wszystkich gwiazd, gazu i ciemnej materii w Galaktyce, tj. Grawitacji samej Galaktyki . W odpowiedzi na to przyciąganie, ISM krąży wokół Galaktyki na orbitach prawie okrągłych, podobnie jak większość gwiazd (w galaktyce dyskowej, takiej jak nasza). Dlatego ISM nie jest pod tym względem wyjątkowy .

Dlaczego ISM nie wpada do wewnętrznej Galaktyki (do której jest przyciągany)? Jest tak po prostu dlatego, że ma zbyt duży moment pędu. Sytuacja jest dokładnie taka sama, jak w przypadku Ziemi przyciągniętej do Słońca, ale orbitującej (prawie) wokół koła.

Na koniec zauważ, że siły magnetyczne i ciśnienie promieniowania z pobliskich gwiazd są znacznie słabsze niż grawitacja galaktyczna i można je pominąć, biorąc pod uwagę orbity galaktyczne ISM.

— Walter
źródło