¿Qué movimiento puede surgir en un universo inmóvil? [duplicar]

Desde principios de la década de 2000, Matthew Bate y sus colaboradores han estado produciendo simulaciones hidrodinámicas de partículas suavizadas (SPH) de nubes colapsadas. Las nubes tienen una densidad uniforme inicial, sin momento angular neto, pero un campo de velocidad turbulento.

Estas nubes parten del reposo y colapsan bajo su propia gravedad para formar cientos de estrellas, muchas de ellas con discos de acreción giratorios y muchos sistemas binarios de todas las formas y tamaños.

Véase, por ejemplo , http://www.astro.ex.ac.uk/people/mbate/Cluster/index.html

La turbulencia engendra vórtices y los vórtices generalmente producen momento angular.

Entonces, la pregunta se reduce a que, si no hubiera impuesto el campo de velocidad turbulenta para empezar, ¿se desarrollaría un campo de velocidad turbulenta en una nube que colapsa? Creo que la respuesta es si; ciertamente, las simulaciones numéricas terminarían con turbulencia aunque solo fuera por el ruido numérico. La turbulencia no se puede tratar de manera determinista con la mecánica newtoniana. Para citar la página de Wikipedia sobre turbulencia, "Aunque es posible encontrar algunas soluciones particulares de las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de fluidos, todas esas soluciones son inestables para perturbaciones finitas en números de Reynolds grandes. La dependencia sensible de las condiciones iniciales y de contorno hace que el flujo de fluido sea irregular tanto en el tiempo como en el tiempo". en el espacio, por lo que se necesita una descripción estadística". ¿De dónde vienen estas perturbaciones? Bueno, si su nube es asimétrica para empezar, entonces claramente habrá flujos que interactúan con diferentes densidades y velocidades. Incluso si comenzara con una nube simétrica y completamente uniforme, la mecánica cuántica y estadística aseguraría que las perturbaciones necesarias estuvieran allí.

Bate (2009) muestra que los detalles del espectro de turbulencia impuesto no influyen mucho en el resultado final en términos de función de masa y propiedades binarias de estrellas y enanas marrones producidas en la simulación. Desafortunadamente, que yo sepa, nunca han simulado una nube sin turbulencia porque tales cosas no existen en la naturaleza.

Me temo que esta es una pregunta del tipo "cuántos ángeles pueden bailar en la cabeza de un alfiler", porque las condiciones iniciales requeridas siempre se verán afectadas por las fluctuaciones cuánticas como mínimo.

EDITAR: Me las arreglé para encontrar un par de artículos SPH bastante tempranos que tratan sobre el colapso de una nube que tiene un espectro de perturbaciones de densidad gaussiana pero sin campos de velocidad impuestos. es decir, parten de densidades asimétricas, no homogéneas, pero del reposo. La simulación no tiene una resolución lo suficientemente alta como para seguir las cosas hasta los sistemas binarios y los discos, pero puede ver en esta imagen de muestra a continuación de la evolución del tiempo, que el gas no colapsa a lo largo de líneas de flujo radialmente simétricas y por lo tanto muy surge una estructura compleja que debe tener concentraciones y "nudos" de momento angular, aunque la nube inicial no poseía ninguno. En realidad, ni siquiera es la turbulencia lo que produce la complejidad, solo el colapso gravitacional de una estructura no homogénea.

Klessen et al. 1998, ApJ, 501, L205

Klessen y Burkert 2000, ApJS, 128, 287

Hace tiempo que se sabe que una distribución asimétrica de la masa a partir del reposo eventualmente producirá subsistemas con momento angular. También encontré un artículo de Szebehely & Peters de 1967 llamado "Solución completa de un problema general para tres cuerpos". En esto, la configuración inicial es de 3 masas en reposo en un "triángulo de Pitágoras" - un triángulo de ángulo recto con tamaños 3,4,5 y masas en la proporción 3:4:5. La evolución resultante de este sistema conduce a "En la configuración final, dos de los tres cuerpos participantes forman un binario permanente, mientras que el tercer cuerpo es expulsado al infinito". es decir, se crea un sistema binario con momento angular a partir de un sistema con momento angular inicial cero.

Consulte también http://adsabs.harvard.edu/abs/1995MNRAS.273..751V ; http://adsabs.harvard.edu/abs/1991ARA%26A..29....9V

En este escenario, el polvo en las regiones con sobredensidad caerá en trayectorias radiales hacia el centro de gravedad de su sobredensidad. Suponiendo que las faltas de homogeneidad de la densidad sean continuas (lo que significa que no hay un cambio abrupto en la densidad), siempre podemos modelar esto de manera simétrica local para cada sobredensidad. Esto significa que en el marco de referencia del centro de gravedad de la sobredensidad, no habrá una ganancia neta de impulso de este polvo que cae. Luego, cada una de estas regiones superdensas caerá en trayectorias radiales hacia el centro de masa común del sistema (que no existe si la nube es infinita). Para una nube infinita, las regiones demasiado densas se unirán progresivamente para longitudes de onda cada vez mayores de las perturbaciones de densidad. Pero dado que no podemos incluir la interacción gravitatoria externa (como la expansión o el colapso del universo), dado que no hay un momento inicial (y mucho menos un momento angular) de ninguna de las partículas de polvo, en cada escala localmente no hay una ganancia neta en el momento. . Cada centro de colapso no gana impulso neto (nuevamente, si las perturbaciones de densidad no son discontinuas). Esto también significa que no hay ganancia de momento angular. Todas las trayectorias son trayectorias radiales. El momento angular debe conservarse local y globalmente en este escenario. Esto también significa que no hay ganancia de momento angular. Todas las trayectorias son trayectorias radiales. El momento angular debe conservarse local y globalmente en este escenario. Esto también significa que no hay ganancia de momento angular. Todas las trayectorias son trayectorias radiales. El momento angular debe conservarse local y globalmente en este escenario.

Habría sistemas de coordenadas en los que podrías atribuir una velocidad angular a un poco de polvo, pero eso sería como ver una pelota rebotar hacia arriba y hacia abajo y decir que tiene una velocidad angular en un sistema de coordenadas centrado en ti.