¿Por qué algunas galaxias son planas?

Un hecho interesante es que hay algunas estructuras giratorias en el espacio que en su mayoría no son planas, se conocen como galaxias elípticas. Y la diferencia aquí es que las galaxias elípticas normalmente no tienen mucho gas o polvo en ellas. Curiosamente, las órbitas de los objetos en el sistema solar interior también tienden a ser coplanares, mientras que las órbitas de los planetas menores en el sistema solar exterior tienden a ser más inclinadas (o no coplanares); la diferencia aquí, nuevamente, es que había menos gas y polvo en el sistema solar exterior (durante la era de la acreción, y sigue siendo cierto hoy)

Así que de vuelta a la pregunta original. Cuando hay mucho polvo en una galaxia, la galaxia tiende a colapsar en la forma plana de una galaxia espiral (para mantener el momento angular y minimizar la energía potencial gravitacional). Que es lo mismo que sucede en el sistema solar interior.

¿Y por qué sucede eso? Bueno, primero vamos a la respuesta aquí: http://www.quora.com/Astronomy/Why-are-some-galaxies-disk-shaped-and-not-spherical . Como explica Leo C. Stein...

Sin embargo, la historia puede ser diferente para el gas. El gas interactúa, a diferencia de la materia oscura y las estrellas. Esto significa que tiene una forma de deshacerse de la energía: las partículas pueden chocar, excitar electrones, que luego se desexcitan y convierten esa energía cinética inicial en luz. Así se enfría un gas. El gas puede perder energía, pero es extremadamente difícil deshacerse del momento angular. Si una fusión de galaxias es rica en gas y tiene mucho momento angular (que solo depende de las condiciones iniciales), puede haber mucha rotación masiva del gas. A medida que el gas se enfría (algo que las estrellas y la materia oscura no pueden, ya que no interactúan) y pierde energía, colapsa en un disco. Esta es una configuración de menor energía.

Anteriormente, afirmé que las estrellas básicamente no interactúan y no colapsarán en un disco, de la misma manera que la materia oscura no colapsará. Pero incluso antes dije que las estrellas son diferentes de la materia oscura. Esta diferencia es que las estrellas nacen en nubes de gas, por lo que trazan la distribución de gas (molecular) en una galaxia.

Entonces, ¿cómo es esta una configuración de energía más baja? Bueno, entramos en un hilo de Reddit AskScience y usamos la agradable explicación de Astrokiwi en http://www.reddit.com/r/askscience/comments/ik4jj/while_spiral_galaxy_formation_how_does_gas/

Para reducir la energía cinética del sistema, desea que las partículas pierdan la mayor velocidad posible. El gas y las estrellas en una esfera tienen un movimiento hacia arriba y hacia abajo, un movimiento hacia adentro y hacia afuera y un movimiento circular. No puedes deshacerte del movimiento circular, porque el momento angular se conserva. Una vez que reduzcas estos movimientos, todo irá en bonitas órbitas circulares.

Pero, ¿por qué todas estas órbitas circulares están en el mismo plano? Bueno, también quieres reducir la energía potencial. Cuanto más cerca están las partículas entre sí, menor es su potencial gravitatorio.

Un disco es lo más cercano que puede tener estas partículas entre sí mientras las mantiene en órbitas circulares (como lo requiere la conservación del momento angular).

La respuesta a su primera pregunta es justo lo que adivinó: rotación.

Las galaxias planas (p. ej., espirales) tienden a rotar, mientras que las menos planas (p. ej., elípticas) tienden a no hacerlo. La conservación del momento angular permite que los giratorios colapsen a lo largo de la dirección del eje de rotación pero no en las otras direcciones.

Cuando intentas ir más allá y examinar por qué algunas galaxias terminan de una manera y otras terminan de otra, creo que el comentario de @Willie Wong es correcto: esto se convierte en una pregunta de astronomía en lugar de una pregunta de física. Es probable que obtenga mejores respuestas si pregunta en el intercambio de pila de astronomía.

El grado de aplanamiento de una galaxia tiene que ver con la velocdad de rotacion co. cuanto mayor sea la velocidad de rotación de los mismos, mayor será el aplanamiento.

Esto puede ser evidente cuando se contrasta con las diferentes velocidades de rotación de las galaxias en función del achatamiento. Verás que hay una relación directa.

Si estás interesado hay un PDF para descargar aquí .

Diría que en gran medida tiene que ver con el contenido de gas de la galaxia. Si la galaxia tiene un momento angular neto no trivial, varias fuerzas de arrastre que actúan sobre el componente gaseoso tienden a hacer que el gas se concentre en un plano que es perpendicular al vector del momento angular. La formación de nuevas estrellas ocurre solo donde el gas está presente, y dado que los comienzos pesados ​​​​son miles o millones de veces más luminosos que las estrellas livianas, contribuyen con gran parte de la luz visible. Estas estrellas masivas muy brillantes no viven lo suficiente como para alejarse de los puntos de origen (en las nubes de gas molecular) y, por lo tanto, trazan el disco de gas. Estas galaxias planas (normalmente espirales) suelen tener una población de estrellas más viejas cuya distribución es más o menos esféricamente simétrica.