¿Por qué la Vía Láctea es plana? [duplicar]

Una pregunta relacionada sería: ¿por qué la mayoría de los planetas del Sistema Solar se encuentran en el mismo plano? Es decir, ¿por qué los planetas lo suficientemente cerca del Sol no giran en un ángulo aleatorio entre sí (como Plutón, que gira en un plano en algún ángulo con respecto al plano de los planetas)? De manera similar, ¿por qué las estrellas de una galaxia tienden a girar alrededor del centro de la galaxia aproximadamente en el mismo plano?

Esta pregunta sobre los planetas fue respondida por Gauss, quien analizó la atracción gravitacional entre planetas.

Dado que la atracción entre los planetas es mucho más débil que entre los planetas y el Sol, el efecto de la atracción interplanetaria es mucho más lento que la velocidad de su rotación alrededor del Sol. Esto permitió a Gauss hacer el siguiente truco: reemplazó en su análisis los planetas que se mueven alrededor del Sol con anillos sólidos alrededor del Sol. Básicamente, imagine que la masa de un planeta se distribuye sobre la órbita del planeta. (No del todo uniforme: el anillo imaginario es ligeramente más denso en la parte de la órbita donde el planeta se mueve más lento, pero ese detalle es irrelevante para el análisis posterior).

Ahora imagine que en lugar de un planeta que gira inicialmente en diferentes planos, tiene anillos sólidos que representan las órbitas, y esos anillos se atraen entre sí de acuerdo con la ley gravitatoria de Newton. Si el ángulo inicial entre los planos es distinto de 90 grados, claramente los anillos se atraerán entre sí hacia un plano común en algún lugar entre los planos de los anillos. Por lo tanto, los anillos (que, como recordarás, representan las órbitas de los planetas) se moverán lentamente hacia el plano común. El polvo interplanetario amortiguaría la posible oscilación de los anillos hasta que se asienten en el mismo plano.

Creo que algo similar está sucediendo con la galaxia con una diferencia importante: el papel del Sol no lo juega un solo objeto ultrapesado sino la masa combinada de las numerosas estrellas que están cerca del centro de la galaxia. Esta es la razón por la cual el análisis de Gauss no es del todo aplicable a las estrellas cercanas al centro galáctico. Por otro lado, para estrellas lo suficientemente alejadas del centro (de modo que para ellas el centro de la galaxia sería gravitacionalmente equivalente a un solo objeto) el análisis sigue siendo válido.

Por supuesto, el análisis de Gauss es solo una primera aproximación: la distribución de la masa de los planetas sobre sus órbitas oculta algunos efectos periódicos. Sin embargo, este análisis es suficiente para explicar por qué las órbitas tienden a un plano común.

No trabajo en astrofísica, pero hago una conjetura simple basada en la mecánica general. Supongamos que al principio (hace miles de millones de años), la galaxia era esférica y giraba alrededor de algún eje, tal vez igual que hoy.

Entonces, ¿dónde está la mayor fuerza centrífuga? La fuerza centrífuga sobre una pieza de material de masa$m$en la galaxia es$F_c = m \omega ^2 r$. y donde esta$r$¿máximo? En el ecuador. Entonces, en el plano ecuatorial la galaxia debería tener un diámetro mayor. Ahora, el momento angular tiene que ser conservado,$L = I\omega$, y para una gran cantidad de materia a distancia$r$del eje,$I = mr^2$. Por eso, además de ser más plano, está mayormente vacío, es decir, entre las estrellas, los planetas, etc., el espacio está mayormente vacío.