¿Cuál es el origen del espín de los objetos celestes?

En una pregunta anterior de junio de 2011, ¿ Por qué cada objeto celeste gira sobre su propio eje? , aparentemente revivido por el sistema, un usuario pregunta sobre el origen de la rotación de los cuerpos celestes.

La respuesta aceptada (con 17 votos) dice lo siguiente:

Cuando las cosas colapsan por su propia gravedad en el espacio (es decir, nubes de gas y polvo), cualquier pequeña asimetría en el colapso será suficiente para que empiece a girar.

Y luego sigue diciendo:

Incluso si gira un poco, mientras colapsa, la conservación del momento angular significará que gira cada vez más rápido.

¿Es todo esto realmente correcto?

Podría intentar preguntar en un comentario a la respuesta. en realidad lo hice Pero el autor ya no está registrado.

Por lo tanto, lo hago como una pregunta.

Pero ese no es el final de la historia. Cuando estaba a punto de hacer mi pregunta, busqué otras preguntas relevantes, y hay algunas. No hice una encuesta exhaustiva, pero no encontré ninguna que tuviera respuestas satisfactorias:

  • Sobre el origen de la rotación de los cuerpos celestes (diciembre de 2011) solo tiene una respuesta aceptada (0 votos) que afirma esencialmente que el sistema solar tiene un momento angular porque comenzó a partir de una nube que tenía un momento angular. Sin comentarios.

  • ¿Por qué todo gira? (julio de 2011) cuestiona todo, desde las galaxias hasta los electrones. Las respuestas son de una calidad mucho mayor, pero si bien parecen justificar la posibilidad de giro y momento angular (y su conservación), no están claros cómo aparece, al menos para los cuerpos celestes.

  • Origen del movimiento y velocidad relativa de los cuerpos en el universo (junio de 2013): Esa fue mi primera pregunta muy ingenua en este sitio. Está relacionado pero no aborda directamente el giro.

Una respuesta que encontré es que el impulso aparece en los cuerpos en movimiento relativo que se pasan uno al otro. Bien, pero no es realmente una respuesta: para empezar, ¿de dónde sacaron su velocidad relativa? Desafortunadamente, la respuesta es: del momento angular de las estructuras más grandes a las que pertenecen (bueno, puede ser más complejo). Así que esta es solo una explicación del huevo y la gallina. Pero, ¿cómo empezó?

Tenga en cuenta que mi pregunta no es un duplicado, ya que se trata principalmente de si las declaraciones anteriores son correctas, lo que no se considera en estas otras preguntas.

Además, estas preguntas son bastante antiguas, y dado que ninguna ha recibido respuestas que parezcan responder a la pregunta sobre el origen de la existencia del momento angular celeste (no de una manera que pueda entender de todos modos), puede ser apropiado intentar reiniciar el proceso. , con la discusión anterior para motivar que una respuesta debería explicar el mecanismo físico que inició la existencia del giro de los cuerpos celestes.

Mientras no se inyecte materia nueva en el sistema, L = C o norte s t sostiene Esto significa que, dado L = r × pag y r decreciente, pag debe aumentar Por lo tanto, la segunda afirmación es verdadera.
Creo que el punto relacionado con esto, pero no mencionado anteriormente, es que después del colapso tenemos un disco casi plano, por ejemplo, sistema solar / galaxia espiral, etc.
@KyleKanos Estoy de acuerdo. Agregué la segunda declaración porque contradice la primera. Vea mi respuesta, que es la respuesta de un laico (agregué descargos de responsabilidad).
@babou: ¿Cómo contradice el segundo al primero?
@Qmechanic Abordé eso en mi pregunta e incluso comenté preguntas similares. Me molesta el hecho de que algo que parece incorrecto se afirma en una respuesta bien aceptada a una pregunta sobre este tema, y ​​me gustaría una respuesta clara sobre ese punto. Esta es mi pregunta. Un punto secundario es que ninguna de las respuestas que leí da una respuesta no tautológica (esencialmente: hay impulso porque hubo impulso). ¿Puede partir de un universo inmóvil? Sin embargo, no pregunté eso ya que solo debe haber un punto en una pregunta. Lo abordo en mi respuesta, para justificarlo.
@KyleKanos La segunda declaración es sobre la conservación del momento angular. La primera declaración dice que una nube asimétrica que colapsa comenzará a girar (no se da otra hipótesis). Entonces, ¿de dónde viene el giro? Necesita más hipótesis o parámetros para obtener el giro y, si agrega eso, la asimetría ya no es necesaria.
@babou: en mi opinión, te estás enfocando demasiado en esa declaración en lo que de otro modo fue una muy buena respuesta. Las interacciones con otros objetos cercanos pueden transferir el momento angular sin necesidad de intercambiar materia. Las cosas giran. Estás postulando algo que no existe, una nube de gas aislada esféricamente simétrica. No existe tal cosa. Las primeras inmensas nubes de gas que eventualmente se convirtieron en protogalaxias, no estaban aisladas y casi con seguridad no eran esféricamente simétricas. Lo mismo se aplica a las nubes de gas que se convierten en estrellas y planetas.
Como ahora señalo y proporciono enlaces en mi respuesta. Incluso una "nube de gas esférica aislada" sin momento angular inicial neto, pero con un campo de velocidad turbulento, producirá estrellas giratorias y sistemas solares.

Respuestas (4)

Podrías partir de la premisa de que no había ningún momento angular neto en el universo; pero seguiría siendo el caso de que todo lo de interés estuviera girando.

En las escalas de estrellas y planetas hay (al menos) dos mecanismos importantes que dan como resultado que los sistemas individuales tengan un momento angular. El primero es la turbulencia. Si toma un paquete de gas turbulento de una nube molecular gigante, siempre tendrá cierto momento angular, incluso si la nube total no lo tiene. A medida que el paquete colapsa para formar una estrella/planetas... No estoy repitiendo todo esto.

En segundo lugar, las estrellas se forman en cúmulos. Hay interacción entre los sistemas estelares temprano en sus vidas. Una vez más, el cúmulo puede tener poco J neto, pero los grupos de estrellas pueden, en relación con su propio marco de centro de masa.

En escalas más grandes (no mi campo), creo que la segunda de estas explicaciones se vuelve más importante. La interacción y la acumulación de galaxias es lo que les da un giro a las galaxias individuales, incluso si los cúmulos en los que nacen tienen mucho menos o incluso ningún J neto.

Editar: como ejemplo de cómo los campos de velocidad turbulentos conducen a condensaciones gravitacionales que contienen momento angular, podría hacer algo peor que estudiar la simulación de formación estelar realizada por Matthew Bate y sus colaboradores. Estas simulaciones comienzan en nubes con momento angular neto cero, pero producen una gran cantidad de estrellas con discos de acreción giratorios, sistemas binarios de todas las formas y tamaños, etc. Puede encontrar un artículo de revista de ejemplo aquí: http://adsabs.harvard.edu /abs/2009MNRAS.392..590B Aquí hay una página web donde puede descargar las animaciones y estudiarlas detalladamente http://www.astro.ex.ac.uk/people/mbate/Cluster/cluster500RT.html

Las nubes turbulentas son por naturaleza aleatorias y estocásticas en cuanto a sus movimientos. A menudo, el campo de velocidad se define en términos de una ley de potencia que depende de la escala espacial. La formación de vórtices es una característica de los medios turbulentos. Pueden producirse en ausencia de fuerzas externas. Los vórtices contienen momento angular.

Podría hacer la hipótesis de tu primera frase ("todo lo de interés daba vueltas"), pero no lo hago. Puede ser así, pero ¿por qué debería ser así? Mi pregunta es principalmente si la primera oración citada es correcta. Ver detalles allí y en los comentarios. Pero tiene razón (vea mi respuesta) en que me preocupa cómo puede surgir el movimiento. Mi propia preocupación, pero no tengo las matemáticas para verificar eso con certeza, es si el movimiento (aparte del colapso trivial) puede surgir de un universo inmóvil, siempre que no sea completamente homogéneo, como resultado de la gravitación.
@babou Me temo que nada te satisfará. Como digo claramente: cualquier paquete de gas turbulento, o cualquier grupo de estrellas en un cúmulo, tendrá un momento angular alrededor de su centro de masa. ¿Estás preguntando por qué debería ser turbulento? Porque las cosas evolucionan: se forman las estrellas; las salidas y los vientos agitan el gas; las estrellas de gran masa lo calientan; las supernovas explotan; y así sucesivamente... se inyecta energía en el gas; se vuelve turbulento. "Todo lo que interesa está girando" no es una hipótesis, es un hecho observacional.
@babou: como señaló Rob, el universo es un espacio caótico y turbulento. Si bien el momento angular neto del universo bien podría ser cero, el momento angular de cualquier objeto finito es aparentemente aleatorio. Suponiendo una distribución aleatoria de buen comportamiento, la probabilidad de ver un objeto con un momento angular exactamente cero es exactamente cero.
@DavidHammen Lo soy y estaba convencido de que todo lo que ambos dicen debe ser correcto. No hay necesidad de esforzarse más. La dificultad es de otra naturaleza. Te niegas a mirar como las preguntas que hago, y respondes a las preguntas que crees que debo hacer. Sus preguntas pueden ser mejores, pero no son mis preguntas. Creo que la oración que critico es engañosa para los lectores a los que está destinada porque pasa por alto la necesidad de interacción con otros cuerpos. Por obvio que pueda parecerle a usted, no lo es necesariamente para los laicos. Y la asimetría es innecesaria, ya que necesariamente surge si hay interacción.
Más exactamente, debería haber dicho que la declaración estaba saltándose la necesidad de algún otro fenómeno (como turbulencia u otro) para que las cosas sucedieran.

Hay un problema de momento angular con respecto a la formación de estrellas, pero tienes el sentido del problema completamente al revés. El problema no es donde surge el momento angular. El problema es a dónde va.

Se ha observado rutinariamente que las nubes de gas de una décima parte de un parsec de ancho giran aproximadamente una revolución cada cinco o diez millones de años más o menos. Ω ≈ 3 × 10 − 14 radianes/segundo). Eso es unas 30 o 40 veces más rápido que la tasa media de rotación galáctica. Esas nubes de gas interestelar interactúan gravitacionalmente entre sí y con las estrellas cercanas. El par de gradiente de gravedad a lo largo de una décima de parsec ejercido por una nube de gas cercana o una estrella puede acumular fácilmente esa pequeña tasa de rotación.

Esa tasa de rotación suena pequeña, pero no lo es. Si toda la nube de gas se encogiera hasta convertirse en una estrella y conservara el momento angular en el camino, la estrella necesariamente estaría girando a unas dos revoluciones por minuto. ¡La estrella no pudo formarse! Este es el quid del problema del momento angular.

La antigua hipótesis nebulosa (de mediados del siglo XVIII) sobre la formación del sistema solar tenía enormes problemas con el momento angular, por lo que la teoría fue descartada. La versión revivida de la hipótesis (década de 1970) es ahora la teoría dominante con respecto a la formación de estrellas y planetas porque ha resuelto el problema del momento angular hasta cierto punto. La solución no está completa; quedan algunos problemas con el momento angular. "¿A dónde va?" sigue siendo una pregunta parcialmente sin respuesta.

Aparentemente, esto no tiene nada que ver con mi pregunta. Pero es un tema interesante que no conocía. Gracias por la anotación. Mi pregunta básica es solo si tengo razón al pensar que la asimetría en una nube que se derrumba no es suficiente para crear un momento angular global (suponiendo que el sistema esté aislado). Mi punto secundario sería cómo sería posible ver emerger una estructura giratoria de una nube inicialmente inmóvil, no un giro global, sino un giro de subpartes, ya que necesito una explicación primitiva para las estructuras giratorias. Una cuestión de sistema abierto vs cerrado.
Esto está muy relacionado con tu pregunta. De dónde viene la rotación, eso es simple. Proviene de interacciones gravitatorias (y posiblemente electromagnéticas) entre la nube de gas y otros objetos cercanos. No se necesita mucha rotación para crear una estrella central giratoria y un disco protoplanetario. Desde el punto de vista de la observación, las nubes de gas tienden a girar aproximadamente una revolución cada cinco a diez millones de años. Eso es mucho momento angular para explicar las estrellas y los planetas. De hecho, es demasiado. La investigación se centra en cómo los sistemas estelares nacientes descargan el momento angular primordial, no en cómo lo obtienen.
Releo tu respuesta. No respondió a mi pregunta, pero respondió a mi principal preocupación, como un comentario adicional para que me lo perdiera. Me preguntaba cómo obtener los movimientos observados en el universo a partir de un universo aún no homogéneo. Y el par de gradiente de gravedad es la respuesta. Conocía la cosa, no el nombre que no reconocía. Es una explicación más simple que mi intento de imitar algo así en mi respuesta. Su respuesta es la única en el sitio que usa la expresión, aunque en realidad parece la respuesta definitiva a las preguntas recurrentes sobre el origen de las estructuras giratorias.
@babou No estoy en desacuerdo con que el par de gradiente de gravedad es una forma de hacer que las cosas giren (y esto ciertamente no es una crítica de esta excelente respuesta), pero simplemente transfiere el momento angular desde otro lugar. No es un origen del momento angular. Está absolutamente claro que no es necesario que las nubes moleculares gigantes giren para producir estrellas giratorias y sistemas planetarios.
@RobJeffries Me acabo de dar cuenta de que tiene razón: si el par de gradiente de gravedad es lo que estabiliza los satélites, depende del movimiento del satélite. Me dejé llevar demasiado rápido, y puede que no sea mi respuesta a la aparición de cuerpos en rotación en un universo inmóvil. Tendré que hacer una pregunta específica.

Hice la pregunta porque no creía en la respuesta aceptada que ha estado sentada durante más de 3 años.

Tengo mi propio entendimiento, pero dado que no es una buena práctica plantearlo con la pregunta, lo publico como una posible respuesta.

Mi problema es que no creo en la primera declaración citada en la pregunta que se contradice con la segunda declaración citada. Si existe tal cosa como la conservación del momento angular, no veo por qué la asimetría por sí sola debería producir un momento angular en la estructura asimétrica.

Si la nube está aislada, debería colapsar, punto. Es posible que la asimetría cree algún giro interno (que se suma a un momento angular cero), pero ciertamente no un giro global, ningún momento angular global, como se establece claramente en esta primera declaración.

Lo que puede inducir el giro en la nube que se derrumba es la interacción (gravitacional) con otras estructuras externas. Y es un hecho que tales estructuras externas siempre existen. Eso puede ser obvio para el autor de la respuesta o los astrofísicos profesionales, pero ciertamente no lo es para los legos. Por lo tanto, considero que esta respuesta es engañosa en el mejor de los casos.

Además, si tales estructuras de interacción externas existen como deben, entonces la hipótesis de la asimetría ya no es necesaria, ya que será creada por estas interacciones.

El momento angular se puede "crear" solo intercambiando momento angular con otro cuerpo, de modo que cada uno obtenga uno de dos momentos angulares opuestos, que suman ningún momento. Entonces cada uno puede seguir su propio camino. Por supuesto, globalmente no hay creación de momento angular.

No estoy muy seguro de la dinámica del fenómeno, pero no veo otra explicación. Este tipo de interacción es frecuente entre cuerpos en movimiento, por ejemplo a través del efecto de marea.

Partiendo de esta cuestionable respuesta, me he estado preguntando si puede ocurrir dentro de una estructura de nubes con asimetrías, inicialmente en reposo, tanto internamente como entre sí.

Lo que sigue es intuitivo y especulativo, ya que no sé cómo tratar el problema matemáticamente.

Mi propia idea de cómo podría ocurrir, de manera muy intuitiva e informal, es que cuando dos nubes colapsan hacia sus propios centros de masa, la atracción gravitacional de la nube A ralentizará el colapso de las partes más cercanas de la nube B (y viceversa) , de modo que el centro de masa se moverá y la velocidad de los componentes de la nube que colapsan ya no pasa por el centro de masa, han adquirido un momento angular con respecto a ese centro de masa, que inicia el giro. Entonces, de hecho, el colapso aumentará el giro. La simetría del fenómeno con respecto al plano medio (suponiendo nubes simétricas para simplificar) se aplica también a los momentos angulares inducidos en cada nube, de modo que obtienen momentos angulares opuestos y espín opuesto.

Entonces, todo lo que necesita para comenzar sería la falta de homogeneidad en una nube cósmica inmóvil, que conduce al colapso de las subpartes a su centro de masa, mientras que las subpartes vecinas las distorsionan. Esto crea un giro, del cual obtenemos velocidades más altas a medida que las partes de la nube siguen colapsando.

Esta es mi propia reconstrucción intuitiva. Por lo tanto, no confíe en mí a menos que sea confirmado por profesionales. Mi problema es encontrar a alguien que aborde/responda esta pregunta

Si toma una pelota de goma llena de aire y trata de aplastarla por igual desde todos los lados, es demasiado dura. Girar la pelota de cualquier manera parece más fácil deformarla. Entonces, tal vez un colapso de material más liviano en la atracción gravitatoria del núcleo más denso se convierte en un vórtice porque es el camino más fácil de impulso hacia el núcleo. Donde la fricción aumenta a medida que el material se vuelve más denso hacia el centro, considerando que la velocidad de colapso es más rápida más lejos del núcleo, su impulso al chocar con el material más denso más cercano al núcleo se desvía sintomáticamente hasta que todo el proceso se convierte en un vórtice que causa el momento angular. . Parece que el agujero negro comienza a girar a partir del momento angular del material del que se alimenta.

¿Cuál es el origen del espín de los objetos celestes?
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