Mengapa medium antarbintang tidak ditarik ke arah objek masif terdekat?

Bagaimana ISM melawan gravitasi? Itulah satu-satunya kekuatan yang bekerja padanya, dan semua partikel lain tampaknya berkumpul bersama untuk membentuk bintang. Apa yang membuat ISM begitu istimewa di antara partikel-partikel lain?

interstellar-medium interstellar

— Maks
sumber

Mengapa Anda berpikir bahwa ISM menolak gravitasi?

— Walter

Tidak benar bahwa partikel-partikel dalam medium antarbintang (ISM) hanya ditindaklanjuti oleh gravitasi. Contohnya,

Dalam banyak kasus bagian penting dari ISM terionisasi, dalam hal ini berinteraksi dengan medan magnet yang menyerap gas dan dalam beberapa kasus mungkin cukup kuat.
Di sekitar bintang-bintang masif dan karenanya bercahaya, tekanan radiasi dapat mengerahkan kekuatan yang kuat pada ISM. Mereka juga memancarkan sejumlah besar sinar kosmik (yaitu partikel relativistik) yang mentransfer momentum ke gas di sekitarnya.
Ledakan Supernova menciptakan gelembung panas yang meluas dan menyapu ISM, menghasilkan gelombang kejut dan arus keluar galaksi.

Dalam kebanyakan kasus, bagaimanapun, apa yang dapat mencegah awan gas runtuh hanyalah temperaturnya. Terlepas dari semua proses di atas, dan meskipun gravitasi adalah gaya terlemah, awan gas terkadang runtuh untuk membentuk bintang. Kriteria untuk melakukan itu adalah bahwa gasnya cukup padat, dan tekanan internalnya (atau energi termal) cukup lemah. Ini dijelaskan oleh ketidakstabilan Jeans , yang merumuskan kriteria untuk awan gas runtuh melalui menyamakan kekuatan tekanan, atau energi termal, dengan gravitasi. Salah satu cara untuk mengekspresikan hal ini adalah massa Jeans ( Jeans 1902 ) yang merupakan massa kritis awan di mana energi termal persis diimbangi oleh gaya gravitasi: $M_J$

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

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Di sini, , , dan adalah konstanta Boltzmannn, konstanta gravitasi, dan satuan massa atom, sedangkan , , dan adalah suhu, massa molekul rata-rata, dan densitas gas.

k_{B}

$k_B$

G

$G$

m_{u}

$m_u$

T

$T$

μ

$\mu$

ρ

$\rho$

Di baris kedua dari persamaan itu menekankan bahwa meningkat dengan suhu, dan de lipatan dengan kepadatan. Dengan kata lain, jika gas terlalu panas, atau terlalu encer, massa total yang diperlukan untuk runtuh harus lebih tinggi. $M_J$

Secara umum, gas tidak akan runtuh untuk membentuk bintang jika suhunya di atas . Jika suhunya lebih tinggi, partikel-partikel itu bergerak terlalu cepat. Karena berbagai proses dapat dengan mudah memanaskan ISM ke jutaan derajat, gas harus mendingin sebelum dapat runtuh. Cara untuk melakukan ini adalah dengan mendinginkan radiasi: Atom yang bergerak cepat bertabrakan (baik dengan satu sama lain atau, lebih sering, dengan elektron). Sebagian energi kinetik atom dihabiskan untuk menarik elektron mereka ke tingkat yang lebih tinggi. Ketika atom-atom keluar dari excite, foton dipancarkan yang dapat meninggalkan sistem. Hasil akhirnya adalah energi panas dihilangkan dari awan, sampai pada titik tertentu ia sudah cukup dingin untuk runtuh. $10^4\,\mathrm{K}$

— pela
sumber

Jadi, ...., ini menimbulkan pertanyaan: "Berapa suhu dan kepadatan ISM?".

— Eric Towers

@EricTowers: Suhu dalam ISM dapat, pada prinsipnya, mengambil nilai apa pun dari beberapa Kelvin hingga beberapa (puluhan) jutaan Kelvin. Namun, berbagai proses pendinginan membuat gas mencapai "dataran tinggi" suhu tertentu. Saya sebelumnya membahas dengan tepat bahwa dalam jawaban untuk Bagaimana dingin adalah ruang antarbintang? . Wrt. kepadatan (

), berbagai fase ISM cenderung sangat kasar dalam kesetimbangan tekanan, sehingga produk

lebih atau kurang konstan.

n

$n$

n T

$nT$

— pela

Yaitu, sedangkan awan

K yang hangat mungkin memiliki kerapatan

partikel per cm

, sebuah amplop

K yang hangat di sekitarnya akan memiliki

. Dan awan molekul kecil

K akan memiliki kerapatan

(dan lebih tinggi).

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

$0.01$

^{- 3}

$^{-3}$

T \sim 10^{2}

$T\sim10^2$

n \sim 10

$n\sim10$

10^{2}

$10^2$

^{- 3}

$^{-3}$

— pela

@EricTowers: tidak mengemis pertanyaan, itu menimbulkan , atau meminta pertanyaan. Mengemis pertanyaan, atau petitio principii, adalah kekeliruan logis di mana penulis atau pembicara menganggap pernyataan yang diteliti benar. Lihat grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: " Ini adalah terjemahan dari frase Latin petitio principii, dan itu digunakan untuk berarti bahwa seseorang telah membuat kesimpulan berdasarkan pada premis yang tidak memiliki dukungan." " Dalam penggunaan bahasa modern , 'mengemis pertanyaan' sering muncul berarti 'mengajukan pertanyaan' (seperti dalam, 'Ini menimbulkan pertanyaan, apakah ...')" Karena ini bukan abad ke-16, saya tidak dibatasi oleh kesalahan penerjemahan masa lalu dan penggunaan frasa. Yang saya minta hanyalah dukungan.

— Eric Towers

Pertama, anggap gravitasi lemah.

{Sebuah}_{S} = \frac{G {M.}_{⊙}}{r^{2}} ≃ 3.7 \times 10^{- 13} {Nona}^{2}

$a_S=\frac{GM_\odot}{r^2}\simeq3.7\times10^{-13}\text{ m/s}^2$

M_{⊙}

$M_\odot$

$\sim10^{-3}$ $\sim10^6$ $10^4$

Pada catatan terakhir, gravitasi bukan satu-satunya kekuatan yang bekerja pada ISM. Medan magnet galaksi , misalnya, dapat mempengaruhi dinamika ISM dalam berbagai skenario, termasuk mencegah atau memungkinkan keruntuhan awan molekul (lihat Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
sumber

Bagaimana ISM melawan gravitasi?

Tidak. Ada dua sumber gravitasi yang berbeda: internal dan eksternal. Gravitasi internal atau diri ISM sebenarnya dapat mengakibatkan keruntuhan dan pembentukan bintang berikutnya, seperti yang dijelaskan dalam jawaban lain .

Daya tarik gravitasi eksternal dari bintang manapun atau awan gas pada ISM terlalu lemah untuk menjadi relevan dan dapat diabaikan, seperti yang ditunjukkan dalam jawaban lain .

Namun, ISM mengalami tarikan gravitasi gabungan dari semua bintang, gas, dan materi gelap di Galaksi, yaitu gravitasi Galaksi itu sendiri. Menanggapi tarikan ini, ISM mengorbit galaksi pada orbit hampir-lingkaran, seperti halnya sebagian besar bintang (dalam galaksi cakram seperti milik kita). Dengan demikian, ISM tidak istimewa dalam hal ini.

Mengapa ISM tidak jatuh ke Galaksi bagian dalam (ke mana ia ditarik)? Ini hanya karena ia memiliki momentum sudut terlalu banyak. Situasinya persis sama dengan Bumi yang ditarik ke Matahari, namun mengorbit (hampir) pada lingkaran di sekitarnya.

Akhirnya, perhatikan bahwa gaya magnet dan tekanan radiasi dari bintang-bintang terdekat jauh lebih lemah daripada gravitasi Galactic dan dapat diabaikan ketika mempertimbangkan orbit Galactic dari ISM.

— Walter
sumber