Tại sao cụm sao hình cầu không hình đĩa

Tôi nghĩ rằng các hệ mặt trời và các thiên hà có dạng hình đĩa vì đó là hình dạng ổn định nhất dưới trọng lực. Các cụm sao cầu rất cũ, thường già hơn các thiên hà chủ của chúng, vậy tại sao chúng không bị san phẳng?

Để dẫn đến một hệ thống sao giống như đĩa, có hai điều kiện cần được thỏa mãn. (a) Khí ban đầu mà các ngôi sao hình thành phải có tỷ lệ đáng kể của năng lượng quay với năng lượng hấp dẫn. (b) Sự hình thành sao sẽ phải xảy ra đủ chậm, khí sụp đổ vào một đĩa trước khi quá trình hình thành sao hoàn thành.

Sự hình thành của một đĩa từ trạng thái đối xứng hình cầu đòi hỏi năng lượng hấp dẫn giảm (âm hơn), trong khi bảo toàn động lượng góc. Điều này chỉ có thể xảy ra nếu có một số phương tiện để mất năng lượng từ hệ thống dưới dạng tương tác tiêu tan.

Một hệ thống sao tinh khiết gần như không va chạm và không có cách nào để tiêu tán năng lượng. Điều đó có nghĩa là một khi hệ thống các ngôi sao hình cầu đã hình thành, không có cách nào để nó trở nên giống đĩa hơn. Do đó, nếu sự hình thành sao diễn ra theo cách hình cầu, thì những ngôi sao đó sẽ kết thúc trong một hệ hình cầu. Chỉ trong trường hợp khí sụp đổ vào đĩa trước khi hình thành sao, chúng ta mới kết thúc với các hệ thống giống như đĩa. Điều này đúng với đĩa Galaxy của chúng ta (và của hệ mặt trời).

Trong trường hợp các cụm sao cầu (và các loại cụm sao khác trong Thiên hà), có vẻ như sự hình thành sao đủ nhanh để khí không thể sụp xuống một đĩa trước khi hầu hết quá trình hình thành sao. Lưu ý Nhiều cụm sao cầu làm có xoay đo lường được.

Trong khi một số thiên hà có hình đĩa, thì một số thiên hà khác (thiên hà hình elip) lại có hình cầu hơn. Các hệ thống hình đĩa là những hệ thống trong đó bảo tồn động lượng góc của khí hình thành sao đóng vai trò trung tâm; đối với các hệ thống hình cầu hơn, đây không phải là trường hợp. Các cụm sao cầu được cho là hình thành ở những phần khí dày đặc nhất trong các thiên hà với áp suất bên ngoài cao nhất, có thể là do va chạm của các đám mây khí. Trong trường hợp này, động lượng góc ban đầu của phân phối khí quy mô lớn hơn là không liên quan, và động lực của khí trên quy mô nhỏ hơn nhiều là quan trọng hơn.

Nói một cách khác: không phải trường hợp nào đĩa cũng có hình dạng ổn định nhất dưới trọng lực; hệ thống hình cầu hoặc hình elip cũng là trạng thái cân bằng ổn định. Các vật lý của sự sụp đổ và hình thành xác định hình dạng cuối cùng. Đối với các cụm cầu, động lượng góc ban đầu của khí có thể không liên quan vì chúng ngưng tụ ra khỏi các túi khí nhỏ hơn nhiều.