Wie entstehen dann scheibenförmige Galaxien an den Orten kugelförmiger galaktischer Halos? Fangen die Halo-Sterne an zu kreisen oder bleiben sie einfach stehen?

Die Astronomen von Phys.org entdecken große Mengen an Sauerstoff in der Atmosphäre alter Sterne

„Sterne wie J0815+4729 werden als Halo-Sterne bezeichnet “, erklärte der Astrophysiker Adam Burgasser von der UC San Diego, einer der Mitautoren der Studie. „Dies liegt an ihrer ungefähr kugelförmigen Verteilung um die Milchstraße, im Gegensatz zu der bekannteren flachen Scheibe jüngerer Sterne, zu denen auch die Sonne gehört.“

Wikipedias Formation of galactic halos sagt

Die Bildung stellarer Halos erfolgt auf natürliche Weise in einem Modell des Universums aus kalter dunkler Materie, in dem die Entwicklung von Systemen wie Halos von unten nach oben erfolgt, was bedeutet, dass die großräumige Struktur von Galaxien ausgehend von kleinen Objekten gebildet wird. Halos, die sowohl aus baryonischer als auch aus dunkler Materie bestehen, entstehen durch Verschmelzung miteinander. Es gibt Hinweise darauf, dass die Bildung galaktischer Halos auch auf die Auswirkungen der erhöhten Schwerkraft und das Vorhandensein ursprünglicher Schwarzer Löcher zurückzuführen sein könnte. Das Gas aus Halo-Verschmelzungen geht in Richtung der Bildung der zentralen galaktischen Komponenten, während Sterne und dunkle Materie im galaktischen Halo verbleiben.

Andererseits wird angenommen, dass der Halo der Milchstraße von der Gaia-Wurst stammt.

"Halos ... bilden sich, indem sie miteinander verschmelzen" ist nicht sehr lehrreich, aber ich vermute, es bedeutet, dass es kleine Inhomogenitäten gibt und sie zu größeren verschmelzen, ohne dass viel Rotation erforderlich ist (daher die Kugelformen). Ich nehme an, der Teil über die Gaia-Wurst bedeutet, dass die Milchstraße kein gutes Beispiel für eine scheibenförmige Galaxie ist, die sich an einem kugelförmigen Halo bildet.

Fragen):

  1. Doch wie entstehen dann an den Orten der kugelförmigen Halos scheibenförmige Galaxien?
  2. Sitzen Sterne im Halo einfach da, ohne sich zu drehen, oder beschleunigen sie vielleicht langsam auf das Gravitationszentrum zu?

Antworten (1)

Der Schlüssel zum Verständnis ist, dass Dunkle Materie und effektiv Sterne kollisionsfrei sind , während Gas kollisionsfrei ist .

Strukturbildung

Wie im zweiten Zitat geschrieben, bildet sich die Struktur hierarchisch von unten nach oben. Das heißt, kleine Halos aus Gas und dunkler Materie (DM) kollabieren zuerst auf kleinen Skalen, und diese Halos verschmelzen dann zu größeren Halos. Dies steht im Gegensatz zu dem, was früher angenommen wurde, nämlich dass Galaxien in einem sogenannten monolithischen Kollaps aus einer riesigen Urwolke entstanden sind ( Eggen, Lynden-Bell & Sandage 1962 ).

Auf den kleinsten Skalen tendiert thermische Bewegung dazu, die Struktur auszuwaschen und einen Kollaps zu verhindern. Es wird angenommen, dass die ersten Strukturen, die zusammenbrechen, Massen von einigen haben 10 5 M ⊙ , aber der genaue Wert hängt von Ihren angenommenen Anfangsbedingungen ab. Beim Kollaps zersplittern diese Wolken dann zu Sternen.

Kollisionsfreie Materie

Da DM kollisionsfrei ist, ist es schwierig, sich zu "entspannen", dh sich in einer dichten, "virialisierten" Struktur niederzulassen: Ein DM-Partikel, das in das kombinierte Potential von Gas und DM fällt, neigt dazu, direkt durch das Zentrum zu gehen. Da das Potential jedoch nicht statisch ist, sondern sich zusammenzieht, bewegt sich das Teilchen nicht so weit zur anderen Seite, und schließlich entspannt sich ein DM-Halo ( danke an Peter Erwin, der mich darauf aufmerksam gemacht hat, dass ich diesen Effekt unterschätzt habe).

Dasselbe gilt praktisch für Sterne: Natürlich können Sterne zusammenbrechen, aber die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Sterne einander nahe genug kommen, ist winzig, weil sie so weit voneinander entfernt sind.

Kollisionssache

Bei Gas ist die Geschichte anders: Der Zusammenbruch wird von DM dominiert (weil es viel mehr gibt), aber wenn Gas dicht genug wird, werden Hydrokräfte signifikant. Die Atome kollidieren, Elektronen werden angeregt, entregt und emittieren Photonen, wodurch dem System Energie entzogen wird. Mit anderen Worten, Gas kann abkühlen .

Bildung der Scheibe

Dies führt dazu, dass das Gas im Grunde genommen am Boden des Potentialtopfs zusammenschlägt und sich schließlich in der Mitte des Halo absetzt. Obwohl es Möglichkeiten gibt, einen Teil des anfänglichen Drehimpulses abzugeben, behält er normalerweise genug bei, um eine drehbar gelagerte Scheibe zu bilden, wobei Zentrifugalkräfte den Kollaps in der Rotationsebene behindern.

Der Heiligenschein

Die erste Population von Sternen wird gebildet, bevor sich die Scheibe beruhigt hat, und hat daher zufällige Bewegungen im Potential. Die massereichen Sterne sterben schnell und hinterlassen die langlebigere, dispersionsdominierte (im Gegensatz zur rotationsdominierten) Population relativ massearmer, metallarmer Sterne, bekannt als Population-II-Sterne.

Das heißt, die Sterne im Halo „sitzen“ nicht einfach da, sondern umkreisen das galaktische Zentrum wie die Scheibensterne. Die Umlaufbahnen sind jedoch ziemlich ungeordnet.

Danke für deine schnelle Antwort! Ich habe das Gefühl, dass es einige interessante Aspekte von "dispersionsdominierten vs. rotationsdominierten" Populationen gibt, also denke ich, dass ich eine neue Frage dazu stellen werde.
"Da DM kollisionsfrei ist, ist es schwierig, sich zu "entspannen", dh sich in einer dichten, "virialisierten" Struktur niederzulassen" - ich denke, Sie überschätzen vielleicht, wie schwierig die Virialisierung ist. Mein Verständnis ist, dass DM-Halos virialisieren können, wenn sie zusammenbrechen, und die Zeitskala in der Größenordnung der dynamischen Zeit liegt. (Und ich bin mir nicht sicher, wie baryonische Materie schneller virialisieren könnte als die dynamische Zeitskala.)
„Ein DM-Partikel, das in das kombinierte Potential von Gas und DM fällt, wird … auf der anderen Seite des Halo eine Entfernung erreichen, die mit der Entfernung vergleichbar ist, in der es zu fallen begann“ – aber wenn der Halo kollabiert, dann kollabiert das Potential sich auf der dynamischen Zeitskala ändern, sodass das Partikel nicht zu seiner Ausgangsentfernung zurückkehrt.
@PeterErwin Ja, ich denke du hast recht. Nach Diskussionen mit einigen Kollegen kommen wir, glaube ich, zu dem Schluss, dass gewalttätige Beziehungen ziemlich effizient sind, in der Größenordnung einiger weniger dynamischer Zeitskalen. Natürlich langsamer als bei Baryonen, aber nur um einen Faktor von wenigen. Sobald sich der größte Teil des Halo gebildet hat, wird es jedoch einen Bruchteil des DM geben, der sehr lange braucht, um sich zu entspannen.
Sie haben auch Recht mit dem sich ändernden Potenzial; Ein DM-Partikel wird nicht so weit auf die andere Seite gelangen. Aber Gas hingegen wird im Grunde nur in der Mitte zusammenschlagen und nirgendwo hingehen.
@PeterErwin Ich habe bearbeitet, um das zu berücksichtigen, was Sie kommentiert haben. Danke!
@pela Meinem Verständnis nach spielt auch Phasenmischung eine Rolle, möglicherweise etwas langsamer als heftige Entspannung. (Zum Beispiel haben zwei anfänglich benachbarte DM-Teilchen leicht unterschiedliche Umlaufzeiten und geraten daher mit der Zeit aus der Phase. Wenn sich auch das Potential ändert, wird dies beschleunigt.)
@PeterErwin Ich denke, gewaltsame Entspannung ist bei weitem der dominierende Prozess für den Halo-Kollaps (ich denke im Prinzip, dass dies tatsächlich ein Sonderfall der Phasenmischung ist). Ich vermute, dass das "allgemeine" Phasenmischen (Ausbreiten im Phasenraum, wie Sie es meinen) auf längeren Zeitskalen dominieren kann, aber vielleicht ist es während Fusionen wichtiger. Es gibt auch chaotisches Mischen, das einige Partikel auf Kosten der Entspannung anderer ausstoßen kann, aber ich weiß nicht, wann dieser Prozess am wichtigsten ist. vielleicht zwischen den beiden anderen...
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