Warum wird das interstellare Medium nicht in Richtung des nächsten massiven Objekts gezogen?

Wie widersteht das ISM der Schwerkraft? Dies ist die einzige Kraft, die darauf einwirkt, und alle anderen Partikel scheinen sich zu Sternen zusammenzuschließen. Was macht die ISM unter anderen Partikeln so besonders?

interstellar-medium interstellar

— Max
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Warum glaubst du, widersteht das ISM der Schwerkraft?

— Walter

Es ist nicht wahr, dass die Teilchen im interstellaren Medium (ISM) nur von der Schwerkraft beeinflusst werden. Zum Beispiel,

In vielen Fällen ist ein erheblicher Teil des ISM ionisiert. In diesem Fall interagiert es mit dem Magnetfeld, das das Gas durchdringt und in einigen Fällen ziemlich stark sein kann.
In der Nähe von massiven und damit leuchtenden Sternen kann der Strahlungsdruck eine starke Kraft auf das ISM ausüben. Sie emittieren auch reichlich kosmische Strahlen (dh relativistische Teilchen), die den Impuls auf das umgebende Gas übertragen.
Supernova-Explosionen erzeugen heiße Blasen, die sich ausdehnen und durch das ISM strömen, was zu Stoßwellen und galaktischen Abflüssen führt.

In den meisten Fällen kann das Kollabieren einer Gaswolke jedoch nur durch ihre Temperatur verhindert werden. Trotz aller oben genannten Prozesse und obwohl die Schwerkraft die schwächste Kraft ist, kollabieren Gaswolken manchmal zu Sternen. Das Kriterium dafür ist, dass das Gas dicht genug ist und dass sein Innendruck (oder seine Wärmeenergie) schwach genug ist. Dies wird durch die Jeans-Instabilität beschrieben , die das Kriterium für das Zusammenfallen einer Gaswolke formuliert, indem Druckkräfte oder Wärmeenergie der Schwerkraft gleichgesetzt werden. Ein Ausdruck dafür ist die Jeans-Masse $M_J$ ( Jeans 1902 ), die die kritische Masse einer Wolke ist, bei der die Wärmeenergie genau durch die Gravitationskräfte ausgeglichen wird:

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

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

k_{B}

$k_B$ ,

G

$G$ und

m_{u}

$m_u$ die Boltzmannsche Konstante, die Gravitationskonstante und die Atommasseneinheit, während

T

$T$ ,

μ

$\mu$ und

ρ

$\rho$ die Temperatur, die mittlere Molekülmasse und die Dichte des Gases sind.

In der zweiten Zeile der Gleichung wird betont , daß $M_J$ mit der Temperatur zunimmt, und de Falten mit der Dichte. Mit anderen Worten, wenn das Gas zu heiß oder zu verdünnt ist, muss die zum Kollabieren erforderliche Gesamtmasse höher sein.

Im Allgemeinen kollabiert Gas nicht zu Sternen, wenn die Temperatur über etwa $10^4\,\mathrm{K}$ . Bei höheren Temperaturen bewegen sich die Partikel einfach zu schnell. Da verschiedene Prozesse das ISM leicht auf Millionen von Grad erwärmen können, muss das Gas abkühlen, bevor es kollabieren kann. Der Weg dazu führt über die Kühlung der Strahlung: Sich schnell bewegende Atome kollidieren (entweder miteinander oder häufiger mit Elektronen). Ein Teil der kinetischen Energie der Atome wird für die Anregung ihrer Elektronen auf ein höheres Niveau aufgewendet. Wenn sich die Atome abregen, werden Photonen emittiert, die das System verlassen können. Das Nettoergebnis ist, dass der Wolke Wärmeenergie entzogen wird, bis sie irgendwann so weit abgekühlt ist, dass sie zusammenbricht.

— pela
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Das wirft also die Frage auf: "Was ist die Temperatur und Dichte des ISM?".

— Eric Towers

@EricTowers: Die Temperaturen in der ISM können im Prinzip einen beliebigen Wert von einigen Kelvin bis zu mehreren (Dutzend) Millionen Kelvin annehmen. Durch verschiedene Abkühlungsprozesse erreicht das Gas jedoch bestimmte "Temperaturplateaus". Genau das habe ich bereits in einer Antwort auf Wie kalt ist der interstellare Raum? . Wrt. Dichten (

) weisen die verschiedenen Phasen der ISM tendenziell ein sehr grobes Druckgleichgewicht auf, so dass das Produkt

mehr oder weniger konstant ist.

n

$n$

n T

$nT$

— Pela

Das heißt, während eine warme Wolke mit

K eine Dichte von

Teilchen pro cm

, hat eine umgebende heiße Hülle mit

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

$0.01$ cm

. Und eine kleine Molekülwolke mit

K hat Dichten von

(und höher).

^{- 3}

$^{-3}$

T \sim 10^{2}

$T\sim10^2$

n \sim 10

$n\sim10$

10^{2}

$10^2$

^{- 3}

$^{-3}$

— Pela

@EricTowers: es nicht betteln die Frage, es wirft , oder fordert die Frage. Die Fragestellung oder petitio principii ist ein logischer Irrtum, bei dem der Verfasser oder Redner davon ausgeht, dass die zu prüfende Aussage wahr ist. Siehe grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: " Es ist eine Übersetzung des lateinischen Ausdrucks petitio principii und bedeutet, dass jemand eine Schlussfolgerung gezogen hat, die auf einer Prämisse basiert, die keine Unterstützung bietet." " In der modernen Umgangssprache bedeutet" die Frage zu stellen "häufig" die Frage zu stellen "(wie in" Das wirft die Frage auf, ob ... ")" Da dies nicht das 16. Jahrhundert ist, bin ich es nicht begrenzt durch die Fehlübersetzungen der Vergangenheit und die Verwendung der Phrase. Ich habe nur um die Unterstützung gebeten.

— Eric Towers

Bedenken Sie zunächst, dass die Schwerkraft schwach ist.

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_{⊙}

$M_\odot$

Das sei gesagt, manchmal ist die ISM tut $\sim10^{-3}$ $\sim10^6$ $10^4$

Letztendlich ist die Schwerkraft nicht die einzige Kraft, die auf das ISM einwirkt. Galaktische Magnetfelder können zum Beispiel die Dynamik des ISM in verschiedenen Szenarien beeinflussen, darunter das Verhindern oder Ermöglichen des Zusammenbruchs von Molekülwolken (siehe Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
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Wie widersteht das ISM der Schwerkraft?

Das tut es nicht. Es gibt zwei unterschiedliche Schwerkraftquellen: interne und externe. Die innere oder Selbstgravitation des ISM kann in der Tat zum Kollaps und zur anschließenden Sternentstehung führen, wie in einer anderen Antwort erläutert .

Die äußere Anziehungskraft eines Sterns oder einer Gaswolke auf dem ISM ist zu schwach, um relevant zu sein, und kann vernachlässigt werden, wie eine weitere Antwort zeigt .

Das ISM ist jedoch der kombinierten Anziehungskraft aller Sterne, Gase und der dunklen Materie in der Galaxie ausgesetzt, dh der Schwerkraft der Galaxie . Als Reaktion auf diesen Zug umkreist die ISM die Galaxie auf nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen, ebenso wie die meisten Sterne (in einer Scheibengalaxie wie unserer). Somit ist das ISM in dieser Hinsicht nicht besonders .

Warum fällt das ISM nicht in die innere Galaxie (wohin es gezogen wird)? Dies ist einfach, weil es zu viel Drehimpuls hat. Die Situation ist genau die gleiche wie für die Erde, die zur Sonne gezogen wird, aber (fast) auf einem Kreis um sie kreist.

Schließlich ist zu beachten, dass magnetische Kräfte und Strahlungsdruck von nahegelegenen Sternen viel schwächer sind als die galaktische Schwerkraft und unter Berücksichtigung der galaktischen Bahnen des ISM vernachlässigt werden können.

— Walter
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