Wenn die Schwerkraft anziehend ist, warum zieht sich die Milchstraße dann nicht zusammen?

Sowohl Energie als auch Drehimpuls müssen erhalten bleiben.

Im Fall der Milchstraße (und des Sonnensystems) hätte eine kompaktere Konfiguration eine numerisch kleinere potenzielle Gravitationsenergie.

Das bedeutet, dass das Erreichen der kompakteren Konfiguration erfordern würde, dass das System Energie verliert. Die Frage ist dann, wie diese Energie verloren gehen kann und in welchem ​​Zeitraum?

Weder in der Milchstraße, wo Sterne kollisionsfrei durch ein sehr spärliches interstellares Medium kreisen, noch im Sonnensystem, wo Planeten ohne direkte Wechselwirkung kreisen, gibt es einen Energieverlustmechanismus, der schnell genug ist, um eine signifikante Kontraktion zu bewirken in interessanten Zeiträumen.

In Bezug auf die Kosmologie gilt die Idee, eine kosmologische Konstante einzuführen, um ein statisches Universum zu erhalten, auf kosmologischen Skalen, wenn angenommen wird, dass die Materie isotrop und homogen ist und nur Gravitationswechselwirkungen berücksichtigt werden. Die Anwendbarkeit einer Art skalierter Expansion oder Kontraktion des Universums auf Skalen, die kleiner als gravitativ gebundene Strukturen sind, ist fraglich, und Sie können mehrere Duplikate davon auf Physics SE finden. Wir wissen jedoch, dass Energie in einem geschlossenen System wie dem Sonnensystem oder der Milchstraße konserviert werden muss, sodass jede Kontraktion „bezahlt“ werden muss, indem diese Energie irgendwo abgegeben wird.

Als letzter Punkt müssen sowohl Energie als auch Drehimpuls erhalten bleiben. In der Newtonschen Physik und GR können sich die Komponenten der Milchstraße und des Sonnensystems nicht in kompaktere Konfigurationen bewegen, ohne sowohl Drehimpuls als auch Energie zu verlieren. Selbst die Hypothese, dass sich das Sonnensystem letztendlich in ein sich schnell drehendes Schwarzes Loch verwandeln könnte, erfordert den Verlust von Energie und Drehimpuls. Der Drehimpuls der Sonne beträgt ca$J = 2\times 10^{41}$kg m$^2$S$^{-1}$. Ein maximal rotierendes Schwarzes Loch hat$J = GM^2/c$, welches ist$8\times 10^{41}$kg m$^2$S$^{-1}$für die Masse der Sonne. Während also die Sonne zu einem Schwarzen Loch kollabieren könnte, während sie den Drehimpuls beibehält, könnte sie den Rest des Sonnensystems nicht mitnehmen, da es im Sonnensystem als Ganzes etwa 4 Größenordnungen mehr Drehimpuls gibt, mit sehr wenig zusätzliche Masse.

Wenn sich alle Planeten in unserem Sonnensystem und alle Sterne in der Milchstraße auf ein kleineres Volumen zusammenziehen würden, hätten wir einen enormen Verlust an Energie und Drehimpuls . Dies sind Erhaltungsgrößen, und was Sie vorschlagen, würde den Gesetzen der Erhaltung von Energie und Drehimpuls widersprechen.

Erstens haben Sie Recht damit, dass Planeten weiterhin die Sonne umkreisen, um den Drehimpuls zu erhalten. Es wird angenommen, dass das Sonnensystem mit einer Wolke aus im Wesentlichen Gas und Staub begann, die sich im Laufe der Zeit zu den Planeten und unserer Sonne verdichtete. Als diese Wolke nach innen zu kollabieren begann, begann sich all diese Materie in einer sich drehenden Scheibe mit einem großen Klumpen in der Mitte niederzulassen: der Sonne. Weitere Zusammenbrüche verursachten die Bildung der Planeten. Dieser Vorgang wird als Akkretion bezeichnet . Der Punkt ist, dass damals ein Drehimpuls vorhanden war und der auch heute noch (erhalten) vorhanden ist, was bedeutet, dass die Planeten ihre stabilen Umlaufbahnen beibehalten müssen (und die Sonne behält ihren eigenen Drehimpuls, ebenso wie alle Planeten). .

Die Entstehung und Bewegung der Milchstraße beruht auch auf der Erhaltung des Drehimpulses (und der Energie und des linearen Impulses) für Objekte, die sich darin bewegen, obwohl ihre Entstehung komplizierter ist, und dieses Mal haben wir viele Sterne (und vielleicht Planeten, die sich um sie drehen sie), die sich um das Zentrum eines Schwarzen Lochs drehen. Die universelle Expansion hat wahrscheinlich ein wenig damit zu tun, dass sich die Galaxie selbst von ihrem Zentrum aus ausdehnt, obwohl sich die Milchstraße relativ zur allgemeinen Expansion des Universums (die dazu führt, dass sich Galaxien voneinander entfernen) bewegt$\approx 600 km/s$.

Ob dunkle Energie ein wesentlicher Faktor ist, ist unbekannt (mir sind keine Experimente oder Daten bekannt, die darauf hindeuten, dass dunkle Energie einen Teil der Stabilität – oder sogar Expansion – unserer Galaxie oder unseres Sonnensystems verursacht), obwohl ihr Verhalten auf kosmologischer Ebene mehr ist offensichtlich (wenn es wirklich existiert).

da die Milchstraße (Sonnensystem) noch kollabieren könnte, solange es ein sehr schnell rotierendes zentrales Schwarzes Loch (Sonne) gibt.

Ein Schwarzes Loch ist nur dann zerstörerisch, wenn sich Körper nahe am Ereignishorizont befinden. Ein Schwarzes Loch aus großer Entfernung ist wie jedes andere Objekt mit der gleichen Masse. Es wird keine Dinge aus solchen Entfernungen hineinquetschen. Seine Gravitationskraft verhält sich genauso wie alles andere mit ähnlicher Masse. Wenn die Sonne plötzlich in ein Schwarzes Loch verwandelt würde, würde außer Dunkelheit nichts weiter passieren, und die Erde und alle Planeten würden sie genauso weiter umkreisen wie zuvor. Die gleiche Logik würde auch für unsere Galaxie gelten, in deren Zentrum sich ein Schwarzes Loch befindet. Schwarze Löcher sind nur in nahen Regionen oder am Ereignishorizont destruktiv (in dem Sinne, dass Dinge in sie hineingedrückt werden).

Man kann sich eine Galaxie als eine überdimensionale Akkretionsscheibe ihres zentralen Schwarzen Lochs vorstellen.

Irgendwann, in ziemlich ferner Zukunft, wird der innere Teil der Galaxienmaterie angesammelt, der äußere Teil davon wird den zusätzlichen Drehimpuls wegtragen. Möglicherweise wird ein Teil der Materie von den Polarjets weggeschleudert. Die zusätzliche Energie wird als Wärme abgestrahlt.

Andererseits ist die Zeitskala dieses Prozesses viel länger als das derzeit akzeptierte Alter des Universums.