Perché il mezzo interstellare non viene attirato verso l'oggetto massiccio più vicino?

In che modo l'ISM resiste alla gravità? Questa è l'unica forza che agisce su di essa e tutte le altre particelle sembrano riunirsi per formare stelle. Cosa rende l'ISM così speciale tra le altre particelle?

interstellar-medium interstellar

— Max
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Perché pensi che l'ISM resista alla gravità?

— Walter,

Risposte:

Non è vero che le particelle nel mezzo interstellare (ISM) sono influenzate solo dalla gravità. Per esempio,

In molti casi una parte significativa dell'ISM è ionizzata, nel qual caso interagisce con il campo magnetico che permea il gas e in alcuni casi può essere abbastanza forte.
In prossimità di stelle massicce e quindi luminose, la pressione delle radiazioni può esercitare una forte forza sull'ISM. Emettono anche abbondanti quantità di raggi cosmici (cioè particelle relativistiche) che trasferiscono lo slancio al gas circostante.
Le esplosioni di supernova creano bolle calde che si espandono e attraversano l'ISM, provocando onde d'urto e deflussi galattici.

Nella maggior parte dei casi, tuttavia, ciò che può impedire il collasso di una nuvola di gas è semplicemente la sua temperatura. Nonostante tutti i processi sopra descritti e nonostante la gravità sia la forza più debole, le nuvole di gas a volte collassano per formare stelle. Il criterio per farlo è che il gas è abbastanza denso e che la sua pressione interna (o energia termica) è abbastanza debole. Ciò è descritto dall'instabilità di Jeans , che formula il criterio per far collassare una nuvola di gas attraverso forze di pressione equivalenti, o energia termica, alla gravità. Un modo per esprimere ciò è la massa di jeans $M_J$ ( Jeans 1902 ) che è la massa critica di una nuvola in cui l'energia termica è esattamente bilanciata dalle forze gravitazionali:

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

$M_J = \rho \left( \frac{\pi k_B T}{4 \mu m_\mathrm{u} G \rho} \right)^{3/2} \\ \propto \frac{T^{3/2}}{\rho^{1/2}}.$ Qui, , e sono la costante di Boltzmannn, la costante gravitazionale e l'unità di massa atomica, mentre

sono la temperatura, la massa molecolare media e la densità del gas.

k_{B}

$k_B$

G

$G$

m_{u}

$m_u$

T

$T$

μ

$\mu$

ρ

$\rho$

Nella seconda linea dell'equazione viene sottolineato che $M_J$ aumenta con la temperatura, e de pieghe con densità. In altre parole, se il gas è troppo caldo o troppo diluito, la massa totale necessaria per collassare deve essere più alta.

In generale, il gas non collasserà per formare stelle se la temperatura è superiore a circa . Se la temperatura è più alta, le particelle si muovono semplicemente troppo velocemente. Poiché vari processi possono facilmente riscaldare l'ISM a milioni di gradi, il gas deve raffreddarsi prima che possa collassare. Il modo per farlo è raffreddare le radiazioni: gli atomi in rapido movimento si scontrano (o tra loro o, più spesso, con elettroni). Parte dell'energia cinetica degli atomi viene spesa eccitando i loro elettroni a livelli più alti. Quando gli atomi si diseccitano, vengono emessi fotoni che possono lasciare il sistema. Il risultato netto è che l'energia termica viene rimossa dalla nuvola, fino a quando ad un certo punto si è raffreddata abbastanza da collassare. $10^4\,\mathrm{K}$

— Pela
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Quindi, ...., questo pone la domanda: "Qual è la temperatura e la densità dell'ISM?".

— Eric Towers,

@EricTowers: le temperature nell'ISM possono, in linea di principio, prendere qualsiasi valore da pochi Kelvin a diversi (decine di) milioni di Kelvin. Tuttavia, vari processi di raffreddamento fanno sì che il gas raggiunga determinati "altipiani" di temperature. In precedenza ho discusso esattamente questo in una risposta a Quanto è freddo lo spazio interstellare? . WRT. densità ( ), le varie fasi dell'ISM tendono ad essere molto approssimativamente in equilibrio di pressione, in modo tale che il prodotto sia più o meno costante.

n

$n$

n T

$nT$

— pela,

Cioè, mentre una nuvola K calda può avere una densità di - particelle per cm , una busta K calda e circostante avrà - cm . E una piccola nuvola molecolare K avrà densità di - cm (e superiore).

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: non chiedono la questione, si solleva , o richiede la questione. Chiedere la domanda, o petitio principii, è un errore logico in cui lo scrittore o l'oratore ritiene che l'affermazione in esame sia vera. Vedere grammarist.com/rhetoric/begging-the-question-fallacy

— Jim421616

@ Jim421616: " È una traduzione della frase latina petitio principii, ed è usata per significare che qualcuno ha fatto una conclusione basata su una premessa che manca di supporto." " Nell'uso vernacolare moderno ," porre la domanda "spesso significa" sollevare la domanda "(come in" Questo fa sorgere la domanda, se ... ")" Dato che questo non è il 16 ° secolo, non lo sono limitato dalle errori di traduzione del passato e dall'uso della frase. Tutto quello che ho chiesto è stato il supporto.

— Eric Towers,

Innanzitutto, considera che la gravità è debole.

Il sistema stellare più vicino al Sole è Alpha Centauri , a una distanza di circa 4 anni luce. Considera l'accelerazione dovuta alla gravità del Sole a metà di quella distanza: dove è la massa del sole. Questa è un'accelerazione incredibilmente piccola, il che significa che la maggior parte dei corpi massicci ha un'influenza gravitazionale molto piccola sull'ISM. Le particelle sono attratte da oggetti enormi. . . ma molto, molto debolmente.

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_{⊙}

$M_\odot$

Detto questo, l'ISM a volte fa collasso. La densità numerica varia in parti diverse, da particelle per centimetro cubo a particelle per centimetro cubo ( 1 , 2 ). Sopra circa particelle per centimetro cubo, però, ci si avventura in regime di nubi molecolari , che a volte fanno il collasso per formare stelle. $\sim10^{-3}$ $\sim10^6$ $10^4$

In conclusione, la gravità non è l'unica forza che agisce sull'ISM. I campi magnetici galattici , ad esempio, possono influenzare le dinamiche dell'ISM in vari scenari, incluso prevenire o consentire il collasso delle nuvole molecolari (vedi Ferrier (2005) ).

— HDE 226868
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In che modo l'ISM resiste alla gravità?

Non Esistono due distinte fonti di gravità: interna ed esterna. L'interno o l'auto-gravità dell'ISM può infatti provocare il collasso e la successiva formazione stellare, come spiegato in un'altra risposta .

L'attrazione gravitazionale esterna da qualsiasi stella o nuvola di gas sull'ISM è troppo debole per essere rilevante e può essere trascurata, come dimostrato in un'altra risposta .

Tuttavia, l'ISM è soggetto all'attrazione gravitazionale combinata di tutte le stelle, gas e materia oscura nella Galassia, ovvero la gravità della Galassia stessa. In risposta a questa attrazione, l'ISM orbita attorno alla Galassia su orbite quasi circolari, così come la maggior parte delle stelle (in una galassia a disco come la nostra). Pertanto, l'ISM non è speciale in questo senso.

Perché l'ISM non cade nella galassia interna (dove viene attratta)? Questo semplicemente perché ha un momento angolare eccessivo. La situazione è esattamente la stessa della Terra attratta dal Sole, eppure in orbita (quasi) su un cerchio attorno ad essa.

Infine, nota che le forze magnetiche e la pressione di radiazione dalle stelle vicine sono molto più deboli della gravità galattica e possono essere trascurate se si considerano le orbite galattiche dell'ISM.

— Walter
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