Warum neigen 3D-Kugeln und Schwerkraft dazu, Scheiben auf einer Ebene zu drehen?

Ob unser Sonnensystem oder eine ganze Galaxie, normalerweise befindet sich im Zentrum ein massives Objekt (Stern oder Schwarzes Loch), um das sich Gas und Objekte drehen.

Die Gravitationswirkung des Sterns/Schwarzen Lochs erstreckt sich gleichmäßig (mehr oder weniger) in alle Richtungen in 3D. Warum tendiert Materie zu einer einzigen Ebene?

Was passiert außerdem mit Materie, die sich nähert, nachdem die "Scheibe" gebildet wurde, wenn sie von irgendwo außerhalb der Ebene hereingezogen wird, warum tritt sie der Ebene bei, anstatt eine andere Ebene zu bilden?

Ich vermute, dass der Drehimpuls etwas damit zu tun hat, würde mich aber über eine "popwissenschaftliche" Erklärung freuen.

Danke vielmals

Andreas

Es ist Drehimpuls. Da der Drehimpuls erhalten bleibt, wenn sich ein Körper bildet, wird er sich drehen, da der Gesamtdrehimpuls von allem, was zusammenkommt, um ihn zu bilden, wahrscheinlich nicht Null sein wird. Wenn es zusammenfällt, dreht es sich schneller (der Balletttänzer, der seine Arme einzieht, ist die übliche Analogie). Nicht alles dreht sich in derselben Ebene; Uranus steht bei 90 Grad, der Mond Hyperion hat eine ziemlich chaotische Rotation. Obwohl die meisten Dinge auf derselben Ebene liegen, glaube ich, dass dies einen gemeinsamen Ursprung impliziert.
@Bowler Was Sie vermissen, ist die Dissipation von kinetischer Energie. Sie erwähnen "alles kommt zusammen", was sicher aufgrund der Schwerkraft zusammenkommt, aber Schwerkraft + Impuls ohne Wechselwirkung bedeutet, dass es niemals zusammenkommt.
Es ist ein bisschen "flauschig", mir gingen die Zeichen aus, aber ich hatte nicht das Gefühl, genug für eine vollständige Antwort beizutragen.
@Bowler: Ich würde sagen, das reicht aus, um eine vollständige Antwort zu posten. Jedes Mal, wenn Sie etwas haben, das die Frage beantwortet, sollte es in einer Antwort stehen, nicht in einem Kommentar.
Ist das überhaupt wahr? Was ist mit elliptischen Galaxien? Außerdem glaube ich, dass sich einige der extrasolaren Planeten, die wir jetzt gesehen haben, in wirklich seltsamen Umlaufbahnen befinden. Ich vermute, wenn ein neuer Planet unserem Sonnensystem beitreten würde, würde er nicht auf derselben Ebene wie die anderen landen, was zu Chaos in der Orbitaldynamik führen könnte. Seitdem Menschen umfangreiche Computersimulationen von Planetensystemen durchgeführt haben; jemand muss die Antwort wissen.
Kann mich jemand auf eine gute "popwissenschaftliche" Erklärung des Drehimpulses verweisen? Ich bin immer noch nicht zufrieden, dass ich die Antwort gut genug verstehe - das ist sicherlich mein eigener Wissensmangel und ich hoffe, es ist akzeptabel, in diesem Forum zu fragen, um zu lernen.
Das Betrachten dieser wunderbaren Aufnahmen von Schwarzen Löchern scheint mir zu zeigen, wie ich die meisten Dinge im Universum erwarten würde - eine 3D-Kugel in allen Ebenen umkreisend, nicht eine einzelne Ebene. ( youtu.be/TVRJnCoQcLQ ). Ich verstehe immer noch nicht, warum die Dinge zu einer Ebene tendieren. Darüber hinaus neigen die Dinge nicht dazu, ein Flugzeug um die einzigartigen Bedingungen eines Schwarzen Lochs herum zu bewegen?

Antworten (4)

Du hast recht, es liegt im Grunde am Drehimpuls. Wenn Sie im Wesentlichen mit einer selbstgravitativen Materialwolke oder einer Ansammlung von Partikeln mit einem mittleren Drehimpuls (der nicht besonders groß sein muss) beginnen, schmiert sich das Material senkrecht entlang der Rotationsebene (senkrecht zur Achse) aus der Rotation). Die einzelnen Bewegungen senkrecht zur Ebene heben sich durch verschiedene Wechselwirkungen grob auf. Aber zumindest im Durchschnitt kreist das Material in ungefähr der gleichen Richtung, so dass die Komponente erhalten bleibt. Im weiteren Sinne ermöglicht die Evolution den Verlust von Energie (durch Kollisionen, Erwärmung usw.), aber der Verlust von Drehimpuls ist viel schwieriger.

Wenn es umgekehrt wäre (dh Energie zu verlieren ist schwierig, Drehimpuls einfach), dann könnten wir kugelförmige Wolken erwarten. Beispielsweise ist es in Halos aus dunkler Materie sehr schwierig, Energie zu verlieren, da dunkle Materie keine Energie abstrahlen kann, sodass sie diffus und breiter verteilt bleibt. dh sie fallen nicht in Scheiben zusammen. Es wird angenommen, dass riesige Ellipsen die Überreste von Verschmelzungen zwischen massereichen Galaxien sind, und die zufälligen Ausrichtungen der Eingangsdrehimpulse bedeuten, dass der Überrest einen kleineren Drehimpuls im Verhältnis zu seiner Energie hat.

Achten Sie jedoch darauf, dem zentralen Objekt nicht zu viel Bedeutung beizumessen. Im Falle einer Akkretionsscheibe um ein kompaktes Objekt (Weißer Zwerg, Neutronenstern oder Schwarzes Loch) dominiert das zentrale Objekt das Verhalten des umlaufenden Materials vollständig. Im Sonnensystem dominiert das zentrale Objekt (die Sonne) meistens das Orbitalverhalten, aber es gibt eindeutig kleinere Systeme, in denen andere Objekte herrschen, wie Planeten über ihren Monden. In der Milchstraße dominiert das zentrale Schwarze Loch eigentlich nur über einen kleinen Bereich im Zentrum. Unsere Umlaufbahn wird durch das Schwarze Loch und all die Sterne, das Gas und die Dunkle Materie innerhalb unserer Umlaufbahn bestimmt. Es hat keinen Einfluss auf die obige Beschreibung, aber ich dachte, es wäre erwähnenswert.

Es wäre wirklich toll, wenn es eine Animation des "Ausschmierens" einer kugelförmigen Wolke in eine Akkretionsscheibe geben würde, aber ich konnte keine finden ...

Es ist nicht wahr, dass alles zu einer Ebene tendiert. Ein Gegenbeispiel sind die Dunkle-Materie-Halos von Galaxien: Siehe zum Beispiel http://news.bbc.co.uk/2/hi/8444038.stm .

Ich sehe das so, dass ich mich frage, was passieren würde, wenn die Dinge nicht auf derselben Ebene wären.

  • Das offensichtliche Problem sind Kollisionen - der Weltraum mag ziemlich leer sein, aber wenn eine große Menge Staub in verschiedenen Ebenen umkreist, kommt es zu Kollisionen
  • Gravitationskräfte - wahrscheinlicher als Kollisionen, wenn sich Körper nähern, beeinflussen sie sich gegenseitig. In einer Ebene werden die Kräfte auch in der Ebene sein; wo sich zwei Körper in verschiedenen Ebenen befinden, verändern die Kräfte die Bahnen. Dies führt zu zwei einfachen stationären Zuständen - Objekte landen in derselben Ebene oder eines wird aus dem System geschleudert
  • Drehimpuls - selbst wenn die anfängliche Gesamtbewegung aller Teilchen in einer Staubwolke gering ist, würden sie, wenn sie aufeinander zugefallen sind, einen Spin aufgebaut haben, da der Drehimpuls erhalten bleiben muss. Wenn Partikel in verschiedenen Ebenen oder Richtungen umkreisen, wird der Impuls aufgehoben, sodass das einfachste Ergebnis darin besteht, dass der Spin in die gleiche Richtung erfolgt
  • Luftwiderstand - Energieverluste treten auf, aber diese sind am geringsten, wenn alle Objekte gemeinsam umkreisen

Auf der Ebene eines Sterns dreht er sich während seines Lebens, also befindet sich "alles" um ihn herum auf derselben Ebene, auf der er sich dreht. Sogar ein vorbeifliegender Komet wird zu den Massenobjekten gezogen, die sich auf derselben Ebene befinden wie der sich drehende Stern im Zentrum. Letztendlich wird also alles auf einer ähnlichen Ebene sein.

Warum neigen 3D-Kugeln und Schwerkraft dazu, Scheiben auf einer Ebene zu drehen?
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