Warum sind kugelförmige Cluster nicht scheibenförmig?

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Ich dachte, dass Sonnensysteme und Galaxien scheibenförmig sind, weil dies die stabilste Form unter der Gravitation ist. Kugelhaufen sind sehr alt, oftmals älter als ihre Wirtsgalaxien. Warum sind sie also nicht abgeflacht?

globular-clusters

— G Griffo
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Denn wenn sie scheibenförmig wären, wären sie keine Kugelhaufen.

— Mark

Haben Kugelsternhaufen große Schwarze Löcher im Zentrum?

— G Griffo

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Um ein scheibenähnliches Sternensystem zu erhalten, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. (a) Das Ausgangsgas, aus dem sich die Sterne bilden, muss ein signifikantes Verhältnis von Rotation zu Gravitationsenergie aufweisen. (b) Die Sternentstehung müsste langsam genug erfolgen, dass das Gas zu einer Scheibe zusammenbricht, bevor die Sternentstehung abgeschlossen ist.

Die Bildung einer Scheibe aus einem sphärisch symmetrischen Zustand erfordert eine Verringerung (negativer) der potentiellen Energie der Schwerkraft, während der Drehimpuls erhalten bleibt. Dies kann nur passieren, wenn es Mittel gibt, Energie in Form von dissipativen Wechselwirkungen aus dem System zu verlieren.

Ein reines Sternensystem ist nahezu kollisionsfrei und es gibt keine Möglichkeit, Energie abzuleiten. Das heißt, sobald sich ein kugelförmiges Sternensystem gebildet hat, kann es nicht mehr scheibenförmig werden. Wenn also die Sternentstehung auf kugelförmige Weise stattfindet, werden diese Sterne in einem kugelförmigen System enden. Nur in Fällen, in denen das Gas vor der Sternentstehung zu einer Scheibe zusammenfällt, entstehen scheibenförmige Systeme. Dies gilt für die Scheibe unserer Galaxie (und des Sonnensystems).

Im Fall von Kugelhaufen (und anderen Arten von Sternhaufen in der Galaxie) scheint die Sternentstehung schnell genug zu sein, dass das Gas nicht zu einer Scheibe kollabiert sein kann, bevor die meisten Sternentstehungen abgeschlossen sind. NB. Viele Kugelhaufen tun messbare Rotation haben.

— Rob Jeffries
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Aber körperliche Reibung ist nicht der einzige Effekt, oder? Es gibt auch die Schwerkraftzüge, die zum Beispiel dazu führen, dass schwerere Körper näher an die Mitte einer Galaxie "fallen". Ich würde davon ausgehen, dass die Gravitationsunterstützung eine ähnliche Wirkung hat und den Cluster abflacht. Warum passiert das nicht?

— Tomáš Zato - Setzen Sie Monica

@ TomášZato Aus dem gleichen Grund, aus dem die Planeten nicht in die Sonne fallen - jeder Verlust an potentieller Energie führt zu einem Gewinn an kinetischer Energie. Schwerere Körper fallen im Allgemeinen nicht näher an die Mitte einer Galaxie heran. Wenn es sich um dynamische Reibung und Massentrennung handelt, hat dies keine Auswirkungen auf die Kugelform eines Clusters.

— Rob Jeffries

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Während einige Galaxien scheibenförmig sind, sind andere (elliptische Galaxien) sphärischer. Scheibenförmige Systeme sind solche, bei denen die Erhaltung des Drehimpulses des Sterngases eine zentrale Rolle spielte; Bei sphärischeren Systemen war dies nicht der Fall. Es wird angenommen, dass sich Kugelhaufen in den dichtesten Teilen des Gases in Galaxien mit dem höchsten äußeren Druck bilden, was möglicherweise auf Zusammenstöße von Gaswolken zurückzuführen ist. In diesem Fall ist der Anfangsdrehimpuls der Gasverteilung in größerem Maßstab irrelevant, und die Dynamik des Gases in viel kleineren Maßstäben ist wichtiger.

Anders ausgedrückt: Es ist nicht der Fall, dass Scheiben unter Gravitation die stabilste Form haben. Sphäroidische oder elliptische Systeme sind ebenfalls stabile Gleichgewichte. Die Physik des Zusammenbruchs und der Bildung bestimmt die endgültige Form. Für Kugelhaufen ist der anfängliche Drehimpuls des Gases wahrscheinlich irrelevant, da sie aus viel kleineren Gastaschen kondensieren.

— Nbody sim
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