Tại sao các thiên hà hình đĩa?

Tôi luôn thấy các thiên hà trong hình dạng "đĩa" trong ảnh. Nó giống như, có một chuyển động quay trên một mặt phẳng và hệ thống được cân bằng bởi lực hấp dẫn kéo vào, ngăn các ngôi sao nhảy ra khỏi thiên hà. Lý do vật lý đằng sau này là gì? Tôi chưa bao giờ thấy một ngôi sao trong hình dạng đĩa. Một ngôi sao không là gì ngoài một khối không rắn nhỏ hơn nhiều xoay quanh một trục, giống như các thiên hà. Có vấn đề kích thước? Điều gì làm nên sự khác biệt? Tại sao một thiên hà điển hình không có dạng hình cầu chứ không phải hình đĩa?

Các thiên hà xoắn ốc có thể được mô tả phổ biến nhất có lẽ là do chúng ta thấy mình trong một, tuy nhiên, các thiên hà có nhiều kích cỡ và hình dạng. Trang Wikipedia về phân loại hình thái Galaxy giải thích các phân loại phổ biến nhất.

Trả lời câu hỏi về tiêu đề:

$\vec{L} =m\vec{v}\times\vec{r}$$v$$L$$r$

Trích từ một bài báo của Khoa Vật lý của Đại học Phoenix

Khối lượng của thiên hà (chủ yếu ở dạng vật chất tối) nằm trong một đốm hình cầu thô. Vì vậy, nếu bạn nhìn vào khối lượng, thiên hà không phải là một đĩa, nó là một hình cầu. Nhưng Dark Matter là vô hình, và những gì chúng ta có thể thấy (sao, khí, v.v.) nằm trong một đĩa.

Lý do vật chất tối và vật chất bình thường hoạt động khác nhau là khi khí chảy ra có "ma sát" (Vật chất tối không tương tác với chính nó hoặc vật chất bình thường). Điều này làm cho khí nóng lên và năng lượng nhiệt sau đó được giải phóng (dưới dạng hồng ngoại, ánh sáng và vân vân) Điều này có nghĩa là theo thời gian, khí trong thiên hà sẽ có xu hướng giảm xuống mức thấp hơn. Tuy nhiên, khí cũng có động lượng góc (nó đang quay) và động lượng góc phải được bảo toàn (nó không thể tỏa ra như năng lượng). Vì vậy, khí sẽ cố gắng rơi vào một cấu hình năng lượng thấp có thể duy trì động lượng góc. Hình dạng đạt được điều này là một đĩa.

Bất kỳ đám mây khí nào không quay quanh mặt phẳng của đĩa sẽ va vào nó và theo thời gian chúng sẽ bị kéo vào cùng một đĩa.

Các đám mây khí tạo ra các ngôi sao, và vì vậy hầu hết các ngôi sao cũng sẽ ở trong mặt phẳng của đĩa. Tuy nhiên, các cụm sao rất cũ trong cụm sao cầu có thể được tìm thấy trong một mô hình hình cầu xung quanh đĩa.

Vì vậy, các thiên hà hình thành hình dạng đĩa vì khí làm cho các ngôi sao rơi vào hình dạng đĩa.

Tuy nhiên, không phải tất cả các thiên hà đều là đĩa. Khi các thiên hà hình đĩa va chạm vào nhau, điều này có thể làm xáo trộn quỹ đạo của các ngôi sao và bạn có được một thiên hà có hình dạng "đốm sáng", chúng được gọi là các thiên hà hình elip và rất phổ biến. Các thiên hà nhỏ cũng thường không có cấu trúc đĩa. Chúng được gọi là các thiên hà không đều.

Các thiên hà có hình dạng đĩa vì chúng giàu khí và trẻ trung năng động. Các ngôi sao cũng giàu khí nhưng chúng rất năng động nên chúng đã có thời gian để tự loại bỏ đĩa của mình. Những người bảo vệ trẻ tuổi (trẻ trung năng động) được bao quanh bởi các đĩa proto-stellar. Lý do nhiều vật thể giàu khí non có hình đĩa phải thực hiện rằng các quỹ đạo tròn tương thích với không có quỹ đạo đi qua, do đó không có cú sốc. Ở một khía cạnh nào đó, nhiều vật thể thiên văn trẻ có hình dạng đĩa vì chúng chứa khí (ed) có thể tỏa ra chuyển động không tròn.

Nhưng một đĩa không phải là trạng thái có khả năng nhất của một hệ thống hấp dẫn: thời gian, sự dằn vặt, sự không ổn định hoặc quá trình nhớt, nó sẽ có xu hướng hướng đến một trạng thái nhỏ gọn hơn, trong đó khối lượng chảy vào trong và động lượng góc hướng ra ngoài. Đây là lý do tại sao đĩa proto-stellar trở thành ngôi sao. Mặt khác, các thiên hà không có thời gian để biến mình thành những hố đen khổng lồ, hoặc được trao cơ hội để làm điều đó thông qua việc hành hạ với môi trường của chúng.

Khi hai thiên hà đĩa khí kém va chạm vào nhau, chúng tạo ra một hình elip không giống như đĩa. Khi hai thiên hà đĩa giàu khí va chạm vào nhau, chúng tạo ra một đĩa giống như thiên hà có độ phồng.

Cập nhật

Một cách khác để suy nghĩ về điều này là xem xét tỷ lệ của động lượng góc trên tổng năng lượng. Thông qua các cú sốc, nếu có khí, hệ thống có thể tỏa ra một phần năng lượng để tỷ lệ này trở nên lớn hơn. Một tỷ lệ cao thường sẽ tương ứng với một hệ thống giống như đĩa.

Đó là tất cả về việc liệu khí (hoặc bất kỳ vật thể động nào khác) có thể làm mát hiệu quả trong khi sụp đổ. Nếu có thể, bạn có được một đĩa định hướng vuông góc với động lượng góc trung bình, trong khi nếu không thể, bạn sẽ có được một vật thể hình cầu.

Đĩa: thiên hà xoắn ốc, đĩa bồi tụ lỗ đen, đĩa sao

hình cầu: các ngôi sao (đủ đậm đặc để làm mờ bức xạ làm mát), các cụm sao & thiên hà hình elip (các ngôi sao hầu như không va chạm, vì vậy không thể làm mát), khí trong các cụm thiên hà (mật độ thấp đến mức các nguyên tử không va chạm thường xuyên làm mát hiệu quả)