Warum sind Galaxien scheibenförmig?

Ich sehe Galaxien in Bildern immer in "Scheiben" -Form. Es ist so, als ob es eine Rotationsbewegung in einer Ebene gibt und das System durch die Anziehungskraft ausgeglichen wird, die verhindert, dass die Sterne aus der Galaxie herausspringen. Was ist der physikalische Grund dafür? Ich habe noch nie einen Stern in Scheibenform gesehen. Ein Stern ist nichts anderes als eine viel kleinere nicht-feste Masse, die sich genau wie die Galaxien um eine Achse dreht. Ist die Größe wichtig? Was macht den Unterschied aus? Warum ist eine typische Galaxienform nicht kugelförmig, sondern scheibenförmig?

Spiralgalaxien werden wahrscheinlich am häufigsten abgebildet, weil wir uns in einer befinden. Galaxien gibt es jedoch in vielen Größen und Formen. Auf der Wikipedia-Seite zur morphologischen Klassifikation von Galaxien werden die häufigsten Klassifikationen erläutert.

Beantwortung der Frage zum Titel:

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

Auszug aus einem Artikel der Fakultät für Physik der Universität Phoenix

Die Masse der Galaxie (meist in Form von dunkler Materie) besteht aus einem grob kugelförmigen Tropfen. Wenn Sie also die Masse betrachten, ist die Galaxie keine Scheibe, sondern ein Sphäroid. Aber Dunkle Materie ist unsichtbar und was wir sehen können (Sterne, Gas usw.), befindet sich auf einer Scheibe.

Der Grund, warum dunkle Materie und normale Materie sich unterschiedlich verhalten, ist, dass beim Strömen von Gas "Reibung" auftritt (dunkle Materie interagiert nicht mit sich selbst oder normaler Materie). Dies führt zu einer Erwärmung des Gases und zur Freisetzung von Wärmeenergie (Infrarot, Licht usw.). Dies bedeutet, dass das Gas in der Galaxie mit der Zeit tendenziell auf ein niedrigeres Niveau absinkt. Das Gas hat jedoch auch einen Drehimpuls (es dreht sich), und der Drehimpuls muss erhalten bleiben (er kann nicht wie Energie ausgestrahlt werden). Das Gas wird also versuchen, in eine energiearme Konfiguration zu fallen, die den Drehimpuls aufrechterhalten kann. Die Form, die dies erreicht, ist eine Scheibe.

Gaswolken, die nicht in der Ebene der Scheibe kreisen, treffen darauf und werden mit der Zeit in dieselbe Scheibe gezogen.

Gaswolken produzieren Sterne, und so befinden sich die meisten Sterne auch in der Ebene der Scheibe. Sehr alte Sternhaufen in Kugelhaufen finden sich jedoch in einem kugelförmigen Muster um die Scheibe.

Galaxien formen also Scheiben, weil das Gas, das Sterne erzeugt, in Scheibenform fällt.

Es sind jedoch nicht alle Galaxien Scheiben. Wenn scheibenförmige Galaxien kollidieren, kann dies die Umlaufbahnen der Sterne stören, und Sie erhalten eine Galaxie, die die Form eines "Blobs" hat. Diese Galaxien werden elliptische Galaxien genannt und sind sehr verbreitet. Auch kleine Galaxien haben oft keine Scheibenstruktur. Diese werden unregelmäßige Galaxien genannt.

Galaxien sind scheibenförmig, weil sie gasreich und dynamisch jung sind. Sterne sind auch gasreich, aber sie sind dynamisch alt, so dass sie Zeit hatten, sich von ihren Scheiben zu befreien. Junge Protosterne (die dynamisch jung sind) sind von protostellaren Scheiben umgeben. Der Grund, warum viele junge gasreiche Objekte scheibenförmig sind, liegt in der Tatsache, dass kreisförmige Umlaufbahnen mit keiner Bahnkreuzung kompatibel sind und daher keine Erschütterungen auftreten. In gewisser Weise sind viele junge astronomische Objekte scheibenförmig, weil sie (ed) Gas enthalten, das unrunde Bewegungen abstrahlen kann.

Eine Scheibe ist jedoch nicht der wahrscheinlichste Zustand eines Gravitationssystems: Angesichts von Zeit, Drehmoment, Instabilitäten oder viskosen Prozessen tendiert sie zu einem wahrscheinlicheren kompakten Zustand, in dem Masse nach innen und Drehimpuls nach außen fließt. Aus diesem Grund werden protostellare Scheiben zu Sternen. Galaxien hingegen hatten keine Zeit, sich in gigantische Schwarze Löcher zu verwandeln, oder erhielten die Möglichkeit, sich mit ihrer Umgebung zu verwandeln.

Wenn zwei gasarme Scheibengalaxien kollidieren, erzeugen sie eine Ellipse, die nicht wie eine Scheibe ist. Wenn zwei gasreiche Scheibengalaxien kollidieren, erzeugen sie eine scheibenartige Galaxie mit einer Ausbuchtung.

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Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, besteht darin, das Verhältnis von Drehimpuls zu Gesamtenergie zu betrachten. Wenn Gas vorhanden ist, kann das System durch Erschütterungen einen Teil seiner Energie abstrahlen, so dass dieses Verhältnis größer wird. Ein hohes Verhältnis entspricht typischerweise einem scheibenartigen System.

Es geht darum, ob das Gas (oder irgendein anderes dynamisches Objekt) beim Kollabieren effektiv abkühlen kann. Wenn dies möglich ist, erhalten Sie eine Scheibe, die senkrecht zum durchschnittlichen Drehimpuls ausgerichtet ist. Wenn dies nicht möglich ist, erhalten Sie ein kugelförmiges Objekt.

Scheiben: Spiralgalaxien, Schwarzloch-Akkretionsscheiben, Protostellarscheiben

Kugeln: Sterne (dicht genug, um für kühlende Strahlung undurchlässig zu sein), Sternhaufen und elliptische Galaxien (Sterne kollidieren meist nicht, können also nicht kühlen), Gas in Galaxienhaufen (so geringe Dichte, dass die Atome nicht oft genug kollidieren) effektiv kühlen)