Momento angular en la formación del disco planetario

Considere una partícula en una bonita órbita kepleriana alrededor de una estrella, tomada como un círculo por simplicidad. Si está en un radio$r$y la estrella tiene masa$M$, entonces su momento angular específico será

$$l = vr = \sqrt{GMr}$$ y su energía específica total será $$e = -\frac{GM}{2r}.$$ Si quieres disminuir $r$, vas a tener que disminuir $l$así como $e$. Si trata de colocar una partícula en un cierto radio pero con demasiado momento angular (es decir, demasiada velocidad tangencial), comenzará a alejarse de la estrella; irá demasiado rápido para que la gravedad curve su órbita en un circulo. Esto no significa necesariamente que esa partícula escapará al infinito, pero ciertamente no estará en una órbita circular. En su lugar, estaría en una elipse, y el punto que intentaste colocar se convertiría en el periastro .

En un disco con muchas partículas, las colisiones tenderán a evitar órbitas excéntricas. Si cada partícula estuviera en una órbita excéntrica con una orientación aleatoria, las partículas estarían chocando entre sí todo el tiempo. Las colisiones redistribuyen la energía y el momento angular para que todas las órbitas coincidan.

Por lo tanto, extraer la energía de las partículas (por ejemplo, haciéndolas chocar ocasionalmente, transfiriendo energía cinética al calor interno e irradiando ese calor hacia el espacio) no es suficiente. También debe deshacerse del momento angular, que es de lo que se trata ese video. Este es un tema muy amplio en astrofísica, porque los discos están en todas partes, desde la formación de sistemas planetarios hasta agujeros negros y galaxias.

Por supuesto, todo esto solo responde a la pregunta "¿Por qué necesitamos deshacernos del momento angular para que el material caiga?" La pregunta más amplia de "¿Por qué es importante el momento angular para la formación de planetas?" se debe al hecho de que los planetas necesitan entornos densos para formarse. Un disco protoplanetario alrededor de una estrella joven es muchos órdenes de magnitud más denso que la nube molecular gigante que comenzó a colapsar.

En resumen, la transferencia de momento angular ayuda a que un disco colapse a un tamaño pequeño, donde las densidades son lo suficientemente altas como para que se formen planetas. Incluso los propios planetas podrían comenzar a formarse a partir de pequeños discos de acreción dentro del disco principal, y estos solo funcionan si pueden deshacerse del momento angular.

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