球状星团分布为什么,而不是球状呢

银河系中的球状星团,但是银河系中有许多球状星团 。通常,星系越大,包含的球状星团就越多 。例如,仙女座发现了500个球状星团,而一些巨型椭圆星系,如M87,至少有13000个球状星团 。目前,银河系中已发现约150~158个球状星团 。
球状星团为什么是宇宙中最小的结构?为什么不能独立存在?
球状星团一般是由数十万颗古老恒星组成的,也是宇宙最小的恒星结构 。而且在宇宙中,我们从来没有发现过一个单独的球状星团孤零零的漂浮在星际空间中,球状星团总是会依附于一个星系,并且绕星系核心旋转,像是和星系捆绑在一起的“卫星“一样,要么就是球状星团在一个星系内部,但绝不会单独出现在空间中 。任何大小尺度结构都是在引力的作用下形成的和宇宙中的所有结构形成方式一样,恒星、球状星团、星系和星系团都是由引力坍缩形成的,
但所有的结构塌缩程度不一样,在有些结构中某种压力能抵抗引力坍缩 。例如,太阳的质量是地球的30万倍,但它的密度却比地球还小,这是怎么回事?因为太阳燃烧核燃料所产生的巨大辐射压力把太阳的外层推离了中心,平衡了引力的力量,也防止了太阳进一步坍塌 。如果没有核聚变的压力,恒星就会向核心塌缩,密度也会变大,在这种情况下,类太阳恒星最终会得到一个超高密度的坍缩恒星:白矮星(上图左边),类太阳恒星的塌缩是有限度的,有一种心的压力会重新与引力平衡,就是原子中电子的简并压力 。
这和球状星团有什么关系?让我们回到宇宙充满光子、原子核和电子的时代,也就是中性原子形成之前!球状星团为什么最小这时的宇宙就是一片等离子体的海洋,物质分布略微有一点不均匀,所以这时引力就已经开始尝试让更多的物质塌缩到密度更大的区域,形成微小的结构,但是,这时的宇宙还很年轻,温度高,辐射能量大,光子所产生的辐射压力很强 。
只要引力导致物质云团发生坍塌,光子的辐射压力会更猛烈地反推,云团就会被推走,因此,在宇宙的早期所有试图形成的微小结构,例如孤立的行星、恒星和开放星团(疏散星团)都会被冲散,这也就阻止了更小的结构形成 。直到中性原子第一次形成的时候,与此同时,宇宙微波背景辐射(CMB)也被释放出来,中性原子形成以后事情就发生了变化,因为中性原子与光子发生相互作用的几率要不带点离子少的多 。
这意味着辐射压力会急剧下降,所有气体云现在就可以在引力的作用下坍缩了,之前那些更小的结构已经被冲散了,那么在气体云的塌缩中宇宙能形成的最小的结构是什么,根据詹姆斯·霍普伍德·金斯(JamesHopwoodJeans)的金斯不稳定性,如果把这个时候宇宙的密度和温度代入金斯的长度方程来求最小结构的质量,我们会得到什么?宇宙中允许形成的最小结构是太阳质量的10万到100万倍 。
太阳系是盘状还好理解,为什么银河系这么大尺寸的系统也是盘状?而不是球状呢?
因为银河系还是个宝宝,球状星系都是些老古董星系,已知的球状星系都非常古老,比银河系要古老得多 。不过,很少有完美的球状星系,天文学家通常将那些星系称为椭圆星系,与银河系不同,椭圆星系中很少再形成新的恒星,这也是它们属于古老星系的证据,另外在椭圆星系中的恒星的运动方向也与螺旋星系不同,它们更倾向于径向运动,而不是在一个平面中旋转 。
图示:照片中心是一个巨大的椭圆星系,它们的形状没啥特征,每个巨大的椭圆星系的中心都包含一个超大质量黑洞 。并非所有椭圆星系都很大,椭圆星系的质量范围分布广泛,从10^5~10^13个太阳质量,直径从3000光年到700,000光年不等,最小的矮椭圆星系可能和银河系中的球状星团差不多大,但含有相当数量的暗物质 。

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