پرسش و پاسخ اختر فیزیک

[Panahandeh]

دوستان عزیز

با سلام

لطفا پرسشهای راجع به کیهان شناسی و اختر فیزیک را در این تاپیک مطرح کنید

ممنون

[پیمان اکبرنیا]

خب بقیه ابعاد چی هستن؟

ابعاد فراتر از 3 بعد فضایی(زمان را مد نظر نگیرید)، در واقع تعاریف ریاضی هستند برای توجیه پدیده ها ولی مغز انسان قادر به درک بالاتر از سه بعد نیست. به صورت کلی در ریاضی و فیزیک "بعد" یعنی حداقل مختصه های لازم برای مشخص کردن جای یک نقطه در فضا. مثلا در فضای 2 بعدی شما به 2 مختصه احتیاج دارید تا جای نقاط را مشخص کنید ولی در فضای 6 بعدی، به 6 مشخصه احتیاج دارید تا مکان یک نقطه را مشخص کنید (که برای ما قابل تصور نیست).

[par_sed]

خب بقیه ابعاد چی هستن؟

در فضای مینکوفسکی (دستگاه مختصات خمیده فضا-زمانی ) 3 بعد مکانی داریم (x,y,z) که در نسبیت به صورت (x1,x2,x3) نشون داده میشن
و بعد 4ام زمانه (t) که در نسبیت بصورت (x0)نشون داده میشه
در کل ، فضای مینکوفسکی به شکل (x0,x1,x2,x3) شناخته میشه

[cosmologist]

سلام
جایی خوندم که ستارگان نسل اول که پیرتر هم هستند، برخلاف سیارات نسل دوم، الزاما در صفحه کهکشان مبحوس نشده اند و مدارهای بیضوی تری دارند. مشابه دنباله دارها در منظومه خودمون که چون در ابتدای شکل گیری منظومه به وجود اومدن مدارهای بیضی تری دارند و درصفحه مداری سیارات قرار ندارند.
چرا ؟!
چرا زودتر تشکیل شدن باعث مدار بیضی تر با میل بیشتر میشه؟!
ممنون میشم راهنماییم کنید.

[پیمان اکبرنیا]

سلام
جایی خوندم که ستارگان نسل اول که پیرتر هم هستند، برخلاف سیارات نسل دوم، الزاما در صفحه کهکشان مبحوس نشده اند و مدارهای بیضوی تری دارند. مشابه دنباله دارها در منظومه خودمون که چون در ابتدای شکل گیری منظومه به وجود اومدن مدارهای بیضی تری دارند و درصفحه مداری سیارات قرار ندارند.
چرا ؟!
چرا زودتر تشکیل شدن باعث مدار بیضی تر با میل بیشتر میشه؟!
ممنون میشم راهنماییم کنید.

سلام

راستش سوالتون یکی از سوالات سخت در تحول کهکشانهاست. من الان توی اینترنت گشتم و تقریبا به این جواب رسیدم:

مثل این که در ابتدای پیدایش کهکشانی مثل راه شیری، ابر گازی تشکیل دهنده تقریبا کروی شکل بوده و بعد در اثر چرخش اولیه ای که داشته و انقباضی که صورت گرفته، به شکل دیسک در اومده(دقیقا مثل پیدایش منظومه شمسی). ستاره هایی که همون ابتدا در ابر کروی شکل متولد شدند مدارهای نامنظمی داشتند(همون ستارگانی که عناصر فلزی کمی هم دارند) ولی بعدا که گازها در دیسک کهکشان جمع شدند، ستاره سازی فقط در دیسک ادامه پیدا کرد و کماکان هم ادامه داره. به همین دلیل ستارگان دیسک ستارگانی با عناصر فلزی بیشتر و جوان تر هستند و ستارگان هاله کهکشان پیرتر و با عناصر فلزی کمتر و مدارهایی با زاویه انحراف زیاد هستند.

منبع:
http://ned.ipac.caltech.edu/level5/E.../cudworth.html

به خصوص این پاراگراف:

All of these differences presumably reflect changes that happened in the Galaxy very early in its history, as stars and star clusters formed first from a large, nearly spherical protogalactic cloud of gas. This cloud would have contracted under its own gravitational pull and its small initial rotation would have sped up as the cloud contracted and caused the contraction to end in a disk rather than a small sphere. According to a commonly accepted picture, stars and clusters that formed a little later would have been formed in a thick disk and would have a higher metal abundance, as the chemical composition of the gas from which stars could form was enriched by the products of nuclear reactions in the most massive of the earliest stars.

[Negar Najafi]

طبق کتاب ساختار ستارگان و کهکشان ها، صفحۀ 233 و 234

فرض کنید روزی به ساختن سفینه ای موفق شویم که سرعت آن تقریباً معادل سرعت نور باشد و در آن چند اختر شناس را به کهکشانی دوردست مثلاً در فاصلۀ دو میلیون سال نوری روانه کنیم. طبق نظریۀ نسبیت خاص، در سرعت های نزدیک به نور، سیر زمان کندتر صورت میگیرد. پس برای اخترشناسان خیالی ما هم طی کردن این مسیر طولانی چند هفته بیشتر طول نخواهد کشید، در حالی که همکاران زمینی آنها برای ارسال یک دسته پرتو به این کهکشان دو میلیون سال وقت لازم دارند.

و طبق صفحۀ 13 و 14
سال نوری فاصله ای است که نور در مدت یک سال می پیماید.

حالا طبق این دو حرف، چه طور میشه که سفینه در طی چند هفته به کهکشان برسه؟ مگه نمیگه که سال نوری فاصله ای است که نور در مدت یک سال می پیماید؟ پس چطور ممکنه؟ درسته بر اساس نسبیت اما پس سال نوری چی میشه؟

[Astronomy]

طبق کتاب ساختار ستارگان و کهکشان ها، صفحۀ 233 و 234

فرض کنید روزی به ساختن سفینه ای موفق شویم که سرعت آن تقریباً معادل سرعت نور باشد و در آن چند اختر شناس را به کهکشانی دوردست مثلاً در فاصلۀ دو میلیون سال نوری روانه کنیم. طبق نظریۀ نسبیت خاص، در سرعت های نزدیک به نور، سیر زمان کندتر صورت میگیرد. پس برای اخترشناسان خیالی ما هم طی کردن این مسیر طولانی چند هفته بیشتر طول نخواهد کشید، در حالی که همکاران زمینی آنها برای ارسال یک دسته پرتو به این کهکشان دو میلیون سال وقت لازم دارند.

و طبق صفحۀ 13 و 14
سال نوری فاصله ای است که نور در مدت یک سال می پیماید.

حالا طبق این دو حرف، چه طور میشه که سفینه در طی چند هفته به کهکشان برسه؟ مگه نمیگه که سال نوری فاصله ای است که نور در مدت یک سال می پیماید؟ پس چطور ممکنه؟ درسته بر اساس نسبیت اما پس سال نوری چی میشه؟

وقتی میگیم سال نوری یعنی مقدار مسافتی که نور در سول 1 سال با سرعتش وقتی که ما ساکن هستیم طی میکنه! یعنی 300 هزار کیلومتر بر ساعت

اما وقتی با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت میکنیم سرعت نور دیگه 300 هزار کیلومتر بر ساعت نیست! (از دید ما!!) سرعت نور از دید ما میشه تفاضل بین سرعت خودمون و سرعت نور!

یعنی اگر با سرعت 299 هزار کیلمتر بر ساعت حرکت کنیم، سرعت نور از دید ما میشه 1 هزار کیلومتر بر ساعت!

و اینجا سال نوری میشه مسافتی که نور در طول 1 سال از دید ما با سرعت 1 هزار کیلومتر بر ساعت طی میکنه نه 300 هزار کیلومتر بر ساعت!

و اینگونه است که میشه با سرعت نزدیک به سرعت نور این مسافت رو در چند هفته رفت! (البته بازم بگم چند هفته از نظر جسم متحرک)

[پیمان اکبرنیا]

وقتی میگیم سال نوری یعنی مقدار مسافتی که نور در سول 1 سال با سرعتش وقتی که ما ساکن هستیم طی میکنه! یعنی 300 هزار کیلومتر بر ساعت

اما وقتی با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت میکنیم سرعت نور دیگه 300 هزار کیلومتر بر ساعت نیست! (از دید ما!!) سرعت نور از دید ما میشه تفاضل بین سرعت خودمون و سرعت نور!

یعنی اگر با سرعت 299 هزار کیلمتر بر ساعت حرکت کنیم، سرعت نور از دید ما میشه 1 هزار کیلومتر بر ساعت!

و اینجا سال نوری میشه مسافتی که نور در طول 1 سال از دید ما با سرعت 1 هزار کیلومتر بر ساعت طی میکنه نه 300 هزار کیلومتر بر ساعت!

و اینگونه است که میشه با سرعت نزدیک به سرعت نور این مسافت رو در چند هفته رفت! (البته بازم بگم چند هفته از نظر جسم متحرک)

نه فکر کنم قضیه اینه که سرعت نور برای هر دو ناظر یکسانه(طبق نظریه نسبیت). چیزهایی که تفاوت می کنند مسافت و زمان در حالت نسبیتی هستند. یعنی وقتی با سرعت نزدیک به نور حرکت می کنیم هم زمان کندتر می گذره و هم مسافتها کوتاه میشن ولی سرعت نور ثابت میمونه

در واقع همونطور که گفتید قضیه اینه که از دید ناظر ساکن، مسافت همونه و زمان سفر هم بسیار طولانی و هیچ تفاوتی نداره! اما از دید ناظر داخل سفینه زمان سریعتر میگذره (2 هفته).

اگر اشتباه میگم کسانی که نسبیت بلدند بیان درستشو بگن

[yeganeh miraftab]

شکل و نوع کهکشانها رو دقیقا چه چیزی تعیین میکنه؟مثلا اینکه چرا کهکشان ما باید از نوع مارپیچی_میله ای باشه ونه نوعی دیگه؟(البته من میدونم که بعضی کهکشانها بر اثر تصادف با کهکشانهای نزدیکشان تغییر شکل میدن اما جریان برای تغییر حالت(شکل) کهکشانهای دیگه متفاوته که میخوام بدونم این موضوع بر مبنای چی هستش؟)

[Astronomy]

شکل و نوع کهکشانها رو دقیقا چه چیزی تعیین میکنه؟مثلا اینکه چرا کهکشان ما باید از نوع مارپیچی_میله ای باشه ونه نوعی دیگه؟(البته من میدونم که بعضی کهکشانها بر اثر تصادف با کهکشانهای نزدیکشان تغییر شکل میدن اما جریان برای تغییر حالت(شکل) کهکشانهای دیگه متفاوته که میخوام بدونم این موضوع بر مبنای چی هستش؟)

در حالت کلی نوع کهکشان ها چند نوع تقسیم بندی دارن! مثل طول موج بیشترین تشعشع یا سن یا ...!

اما نوع مرسومی که ما بیشتر باهاش آشنایی داریم بر اساس شکل اونها هست، که بر 3 نوع مارپیچی، بیضوی و نامنظم تقسیم میشه

که البته هر کدوم از اینها باز به چند دسته تقسیم میشوند که دیگه به اون کاری نداریم! این کار دسته بندی هم بر اساس تصاویری هست که ازون ها گرفته میشه

اتفاقا سایتی به نام Galaxy Zoo هست که میتونید تو اون ثبت نام کنید و به دانشمندان در دسته بندی کهکشان ها از روی شکلشون کمک کنید!

اما اگر در مورد کهکشان خودمون میگید که با استفاده از چیزی که از کهکشان میبینیم و شبیه سازی کامپیوتری فهمیدن که کهکشانمون از نوع مارپیچی میله ای هست!

و اما در مورد چگونگی اینکه چرا بعضی ها مارپیچی و بیضوی و بعضی هم نامنظم هستند،

باید بگم که توضیح دقیقش نیاز به روابط فیزیک و دانش ریاضی داره که تو این زمینه بنده اصلا حرفی برای گفتن ندارم!

اما یه توضیح کلی بدم اینه که کهکشان های جوان تر اکثرا که به وجود میان به علت همون یک سری قوانین فیزیکی حالت دیسکی پیدا میکنند (مارپیچی)

و بعد از مدت زیادی که ستارگان آن پیر شدند، کم کم از حالت دیسکی به حالت بیضوی و متقارن تغییر شکل میده (باز هم به خاطر همون قوانین فیزیکی!)

و کهکشان های نامنظم هم اکثرا تحت گرانش یک کهکشان بزرگتر به این شکل در میان، یا پس از برخورد با کهکشانی دیگر این شکلی میشوند!

امیدوارم کافی بوده باشه توضیحات

[mohsen4465]

شکل و نوع کهکشانها رو دقیقا چه چیزی تعیین میکنه؟مثلا اینکه چرا کهکشان ما باید از نوع مارپیچی_میله ای باشه ونه نوعی دیگه؟(البته من میدونم که بعضی کهکشانها بر اثر تصادف با کهکشانهای نزدیکشان تغییر شکل میدن اما جریان برای تغییر حالت(شکل) کهکشانهای دیگه متفاوته که میخوام بدونم این موضوع بر مبنای چی هستش؟)

در ادامه توضیحات آقای آسترونومی برای فهم بهتر مطلب یک مثال براتون میزنم. وان آبی رو تصور کنین که راکد و بی حرکت ایستاده. درپوش سوراخ خروجی وان رو برمیداریم. آب شروع به خروج از وان میکنه. البته نه به شکل سر ریز شدن ساده و معمولی بداخل سوراخ بلکه شروع به چرخش حول سوراخ خروجی میکنه. دقیقاً به همین شکل هم توده ستاره ای که کهکشان ها از اونها تشکیل شدن بدور سیاه چاله مرکزی شروع به گردش کردن. دلیل دیسکی شدن اون هم به این موضوع مربوط میشه که گردش حول یک محور غالب انجام میشه که با در بر داشتن اجرام بزرگتر کنترل مجموعه رو بدست میگیره. اجرامی که در جهت های متفاوت میگردن به زودی یا با اجرام دیگر برخورد میکنن یا از مدار خارج میشن و وارد مدار دیگری میشن تا اینکه در نهایت همگی بدور یک محور شروع به چرخیدن میکنن. البته این توضیحات من در حد توضیحات ساده و قابل فهم بود وگرنه توضیح دقیق فیزیکیش که من زیاد در این مورد اطلاع ندارم پیچیده تر از اینهاست.

در مورد نحوه تشکیل کهکشان های بیضوی اطلاع زیادی ندارم. فقط میدونم اینها کهکشان هایی قدیمی هستن و احتمال میره که شکل اونها ناشی از برخورد دو کهکشان ادغام شده باشه.