Mengapa galaksi berbentuk cakram?

Saya selalu melihat galaksi dalam bentuk "disk" dalam gambar. Seperti, ada gerakan rotasi pada sebuah pesawat dan sistemnya diimbangi oleh gaya gravitasi penarik yang mencegah bintang-bintang melompat keluar dari galaksi. Apa alasan fisik di balik ini? Saya belum pernah melihat bintang dalam bentuk disk. Bintang tidak lain adalah massa non-padat yang jauh lebih kecil yang berputar di sekitar sumbu, seperti galaksi. Apakah ukuran itu penting? Apa yang membuat perbedaan? Mengapa galaksi tipikal tidak berbentuk dalam bentuk bola daripada bentuk disk?

Galaksi spiral mungkin adalah yang paling umum digambarkan mungkin karena kita menemukan diri kita dalam satu galaksi, namun galaksi datang dalam berbagai ukuran dan bentuk. Halaman Wikipedia tentang klasifikasi morfologi Galaxy menjelaskan klasifikasi paling umum.

Menjawab pertanyaan pada judul:

Jawaban dasar untuk pertanyaan Anda adalah Conservation of Angular Momentum. Para astronom telah lama tertarik dengan pertanyaan ini dan masih menulis makalah tentang masalah ini. Bahkan jika Anda berasumsi bahwa pada saat big bang tidak ada momentum sudut bersih di alam semesta, orang akan berharap bahwa ada fluktuasi lokal. Ketika galaksi awalnya dibentuk oleh gaya tarik gravitasi, jumlah lokal bersih ini tetap ada. Sekarang momentum sudut dilestarikan sehingga ketika pengumpulan awal bintang dan gas dalam satu volume galaksi mulai runtuh, momentum sudut net harus tetap sama. Karena momentum sudut , untuk diberikan lebih mudah untuk menghemat jika vL$\vec{L} =m\vec{v}\times\vec{r}$$v$$L$$r$besar. Dalam arah ortogonal (sepanjang sumbu momentum sudut yang tidak disengaja) tidak ada halangan seperti itu untuk runtuh dan koleksi itu ternyata berbentuk cakram. Ngomong-ngomong, ada beberapa penelitian tentang momentum sudut netto dari sekumpulan besar galaksi yang berasal dari Sloan Digital Sky Survey dan jawabannya cukup dekat tetapi tidak cukup nol. Tetap disini.

Diambil dari artikel Jurusan Fisika Universitas Phoenix

Massa galaksi (sebagian besar dalam bentuk materi gelap) berada dalam gumpalan bola kasar. Jadi, jika Anda melihat massa, galaksi itu bukan cakram, melainkan bulat. Tapi Dark Matter tidak terlihat, dan apa yang bisa kita lihat (bintang, gas dll) ada di disk.

Alasan bahwa materi gelap dan materi normal berperilaku berbeda adalah bahwa ketika gas mengalir ada "gesekan" (Materi gelap tidak berinteraksi dengan dirinya sendiri atau materi normal). Ini menyebabkan gas memanas, dan energi panas kemudian dilepaskan (seperti infra-merah, cahaya, dan sebagainya). Ini berarti bahwa seiring waktu gas di galaksi akan cenderung jatuh ke tingkat yang lebih rendah. Namun gas juga memiliki momentum sudut (itu berputar), dan momentum sudut harus dilestarikan (tidak dapat dipancarkan seperti energi). Jadi gas akan mencoba jatuh ke dalam konfigurasi energi rendah yang dapat mempertahankan momentum sudut. Bentuk yang mencapai ini adalah disk.

Setiap awan gas yang tidak mengorbit pada bidang cakram akan mengenai itu, dan seiring waktu awan itu akan ditarik ke cakram yang sama.

Awan gas menghasilkan bintang, dan sebagian besar bintang juga akan berada di bidang cakram. Akan tetapi, kluster bintang yang sangat tua di kluster globular dapat ditemukan dalam pola bulat di sekitar cakram.

Jadi galaksi membentuk bentuk cakram karena gas yang membuat bintang jatuh ke dalam bentuk cakram.

Namun, tidak semua galaksi adalah cakram. Ketika galaksi berbentuk cakram bertabrakan, ini dapat mengganggu orbit bintang-bintang, dan Anda mendapatkan galaksi yang berbentuk "gumpalan", ini disebut galaksi elips, dan sangat umum. Galaksi kecil juga sering tidak memiliki struktur disk. Ini disebut galaksi tidak beraturan.

Galaksi berbentuk cakram karena mereka kaya gas dan muda secara dinamis. Bintang-bintang juga kaya gas tetapi mereka secara dinamis tua sehingga mereka punya waktu untuk membebaskan diri dari cakram mereka. Protostars muda (yang secara dinamis muda) dikelilingi oleh piringan proto-bintang. Alasan mengapa banyak benda kaya gas berbentuk cakram harus melakukan fakta bahwa orbit melingkar kompatibel dengan tidak ada orbit yang melintas, karenanya tidak ada guncangan. Dalam beberapa hal, banyak objek astronomi muda berbentuk cakram karena mengandung gas (ed) yang dapat memancarkan gerakan non-lingkaran.

Tetapi disk bukanlah kondisi yang paling mungkin dari sistem gravitasi: karena waktu, torsi, ketidakstabilan, atau proses viskositas, ia akan cenderung menuju keadaan kompak yang lebih mungkin, di mana massa mengalir ke dalam dan momentum sudut ke arah luar. Inilah mengapa cakram proto-bintang menjadi bintang. Galaksi di sisi lain belum punya waktu untuk mengubah diri mereka menjadi lubang hitam raksasa, atau diberi kesempatan untuk melakukannya melalui torquing dengan lingkungan mereka.

Ketika dua galaksi gas lemah bertabrakan, mereka menghasilkan elips yang tidak seperti cakram. Ketika dua galaksi cakram kaya gas bertabrakan, mereka menghasilkan cakram seperti galaksi dengan tonjolan.

Memperbarui

Cara lain untuk memikirkan ini adalah dengan mempertimbangkan rasio momentum sudut terhadap energi total. Melalui guncangan, jika ada gas, sistem dapat memancarkan sebagian energinya sehingga rasio ini menjadi lebih besar. Rasio yang tinggi biasanya akan sesuai dengan sistem seperti disk.

Ini semua tentang apakah gas (atau objek dinamis lainnya) dapat mendingin secara efektif saat runtuh. Jika bisa, Anda mendapatkan disk yang berorientasi tegak lurus terhadap momentum sudut rata-rata, sedangkan jika tidak, Anda mendapatkan objek bola.

Disk: galaksi spiral, piringan akresi lubang hitam, piringan protostellar

bola: bintang (cukup padat untuk menjadi radiasi pendingin), gugus bintang & galaksi elips (sebagian besar bintang tidak bertabrakan, jadi tidak bisa dingin), gas dalam gugusan galaksi (kepadatan sangat rendah sehingga atom tidak cukup sering bertabrakan hingga keren efektif)