Tại sao môi trường liên sao không kéo về phía vật thể lớn gần nhất?

Làm thế nào để ISM chống lại trọng lực? Đó là lực duy nhất tác động lên nó và tất cả các hạt khác dường như tập hợp lại với nhau để tạo thành các ngôi sao. Điều gì làm cho ISM trở nên đặc biệt giữa các hạt khác?

interstellar-medium interstellar

— Tối đa
nguồn

Tại sao bạn nghĩ rằng ISM chống lại trọng lực?

— Walter

Câu trả lời:

Sự thật là các hạt trong môi trường liên sao (ISM) chỉ bị tác động bởi trọng lực. Ví dụ,

Trong nhiều trường hợp, một phần đáng kể của ISM bị ion hóa, trong trường hợp đó, nó tương tác với từ trường thấm vào khí và trong một số trường hợp có thể khá mạnh.
Trong vùng lân cận của các ngôi sao lớn và do đó phát sáng, áp suất bức xạ có thể tác động lực mạnh lên ISM. Chúng cũng phát ra một lượng lớn các tia vũ trụ (tức là các hạt tương đối tính) truyền động lượng cho khí xung quanh.
Vụ nổ siêu tân tinh tạo ra các bong bóng nóng mở rộng và quét qua ISM, dẫn đến sóng xung kích và dòng chảy thiên hà.

Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, những gì có thể ngăn đám mây khí sụp đổ chỉ đơn giản là nhiệt độ của nó. Bất chấp tất cả các quá trình trên và mặc dù trọng lực là lực yếu nhất, các đám mây khí đôi khi sụp đổ để tạo thành các ngôi sao. Tiêu chí để làm như vậy là khí đủ đậm đặc, và áp suất bên trong (hoặc năng lượng nhiệt) của nó đủ yếu. Điều này được mô tả bởi sự mất ổn định của Jeans , tạo thành tiêu chí cho một đám mây khí sụp đổ thông qua các lực áp suất tương đương, hoặc năng lượng nhiệt, đến trọng lực. Một cách để thể hiện điều này là khối Jeans ( Jeans 1902 ) là khối lượng tới hạn của một đám mây nơi năng lượng nhiệt được cân bằng chính xác bởi lực hấp dẫn: $M_J$

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

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Ở đây, , và là hằng số Boltzmannn, hằng số hấp dẫn và đơn vị khối lượng nguyên tử, trong khi , và là nhiệt độ, khối lượng phân tử trung bình và mật độ của khí.

k_{B}

$k_B$

G

$G$

m_{u}

$m_u$

T

$T$

μ

$\mu$

ρ

$\rho$

Trong dòng thứ hai của phương trình đó được nhấn mạnh rằng tăng theo nhiệt độ, và de nếp nhăn với mật độ. Nói cách khác, nếu khí quá nóng, hoặc quá loãng, tổng khối lượng cần thiết để sụp đổ phải cao hơn. $M_J$

Nói chung, khí sẽ không sụp đổ để tạo thành các ngôi sao nếu nhiệt độ cao hơn khoảng $10^4\,\mathrm{K}$ . Nếu nhiệt độ cao hơn, các hạt chỉ đơn giản là di chuyển quá nhanh. Vì các quá trình khác nhau có thể dễ dàng làm nóng ISM đến hàng triệu độ, khí phải được làm mát trước khi nó có thể sụp đổ. Trên đường thực hiện điều này là bằng bức xạ làm mát: Các nguyên tử chuyển động nhanh va chạm (với nhau hoặc, thường xuyên hơn, với các điện tử). Một số động năng của các nguyên tử được sử dụng để kích thích các electron của chúng lên mức cao hơn. Khi các nguyên tử khử kích thích, các photon được phát ra có thể rời khỏi hệ thống. Kết quả cuối cùng là năng lượng nhiệt được loại bỏ khỏi đám mây, cho đến một lúc nào đó nó đã nguội đủ để sụp đổ.

— pela
nguồn

Vì vậy, ...., điều này đặt ra câu hỏi: "Nhiệt độ và mật độ của ISM là gì?".

— Tháp Eric

@EricTowers: Về nguyên tắc, nhiệt độ trong ISM có thể lấy bất kỳ giá trị nào từ một vài Kelvin đến vài (hàng chục) triệu Kelvin. Tuy nhiên, các quá trình làm mát khác nhau làm cho khí đạt đến "cao nguyên" nhất định về nhiệt độ. Trước đây tôi đã thảo luận chính xác rằng trong một câu trả lời cho không gian giữa các vì sao lạnh như thế nào? . Wrt. mật độ (

), các pha khác nhau của ISM có xu hướng rất thô ở trạng thái cân bằng áp suất, sao cho sản phẩm

không đổi ít nhiều.

n

$n$

n T

$nT$

— pela

Đó là, trong khi một ấm

K toán đám mây có thể có một mật độ của

hạt mỗi cm

, một xung quanh, nóng

K phong bì sẽ có

. Và một đám mây phân tử

K nhỏ sẽ có mật độ

(và cao hơn).

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: nó không cầu xin câu hỏi, nó làm tăng , hoặc nhắc nhở câu hỏi. Bắt đầu câu hỏi, hoặc petitio Princii, là một ngụy biện logic trong đó người viết hoặc người nói giả định tuyên bố được kiểm tra là đúng. Xem grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: " Đó là bản dịch của cụm từ tiếng Latin petitio viceii, và nó được sử dụng để nói rằng ai đó đã đưa ra kết luận dựa trên tiền đề thiếu sự hỗ trợ." " Trong cách sử dụng ngôn ngữ hiện đại , 'để đặt câu hỏi' thường xuất hiện có nghĩa là 'nêu câu hỏi' (như trong, 'Điều này đặt ra câu hỏi, cho dù ...')" Vì đây không phải là thế kỷ 16, tôi không bị giới hạn bởi sự dịch sai và sử dụng cụm từ trong quá khứ. Tất cả tôi yêu cầu là sự hỗ trợ.

— Tháp Eric

Đầu tiên, hãy xem xét rằng trọng lực là yếu.

Hệ sao gần Mặt trời nhất là Alpha Centauri , ở khoảng cách khoảng 4 năm ánh sáng. Hãy xem xét khả năng tăng tốc do lực hấp dẫn của Mặt trời ở khoảng cách nửa rằng: nơilà khối lượng của Mặt Trời Đó là một gia tốc cực kỳ nhỏ, có nghĩa là hầu hết các cơ thể to lớn có ảnh hưởng trọng lực rất nhỏ đến ISM. Các hạt được thu hút vào các đối tượng lớn. . . nhưng rất, rất yếu

a_{S} = \frac{G 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_{⊙}

$M_\odot$

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

Lưu ý cuối cùng, lực hấp dẫn không phải là lực duy nhất tác động lên ISM. Chẳng hạn, từ trường thiên hà có thể ảnh hưởng đến động lực học của ISM trong các tình huống khác nhau, bao gồm ngăn chặn hoặc cho phép sự sụp đổ của các đám mây phân tử (xem Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
nguồn

Làm thế nào để ISM chống lại trọng lực?

Nó không. Có hai nguồn trọng lực riêng biệt: bên trong và bên ngoài. Sự hấp dẫn bên trong hoặc tự trọng của ISM trên thực tế có thể dẫn đến sự sụp đổ và hình thành sao tiếp theo, như được giải thích trong một câu trả lời khác .

Lực hấp dẫn bên ngoài từ bất kỳ ngôi sao hoặc đám mây khí nào trên ISM quá yếu không liên quan và có thể bị bỏ qua, như đã thể hiện trong một câu trả lời khác .

Tuy nhiên, ISM phải chịu lực hấp dẫn kết hợp từ tất cả các ngôi sao, khí và vật chất tối trong Thiên hà, tức là \ trọng lực của chính Thiên hà . Để đáp lại sự lôi kéo này, ISM quay quanh thiên hà trên các quỹ đạo gần tròn, cũng như hầu hết các ngôi sao (trong một thiên hà đĩa như của chúng ta). Do đó, ISM không đặc biệt về mặt này.

Tại sao ISM không rơi vào Thiên hà bên trong (nơi nó được kéo đến)? Điều này đơn giản là vì nó có quá nhiều động lượng góc. Tình huống này giống hệt như khi Trái đất kéo về Mặt trời, nhưng quay quanh (gần) trên một vòng tròn xung quanh nó.

Cuối cùng, lưu ý rằng lực từ và áp suất bức xạ từ các ngôi sao gần đó yếu hơn nhiều so với lực hấp dẫn của Thiên hà và có thể bị bỏ qua khi xem xét quỹ đạo Thiên hà của ISM.

— Walter
nguồn