银河系到底为何要旋转?银河在形成之初中心的角动量如何产生?为何物质部垂直落入银河中心而是旋转落入?

Question

银河系到底为何要旋转?银河在形成之初中心的角动量如何产生?为何物质部垂直落入银河中心而是旋转落入?

Answer 1

这跟地球和其他行星、卫星一边自转,一边围绕太阳或行星公转的道理是一样的.
星际云收缩形成星系或恒星,以及围绕它们中心运行的外围天体或天体系统.在星际云收缩时,物质密度增加,其中的气体分子或固体颗粒相互摩擦或碰撞的几率上升.这种摩擦或碰撞会使气体分子或颗粒带上静电,从而使整个星际云成为一个大静电场.
物理学告诉我们,处于电场中的物质会受到洛仑兹力的作用.洛仑兹力的作用方向与物体的运动方向不同,是侧向的.星际云收缩,所有物质都在向中心集聚,物质的运动方向是向内的.而洛仑兹力却是使物质的运动方向有了一个侧向的偏转.虽然在一开始,静电场中的电荷运动方向可能不一致,洛仑兹力的作用方向也不一致,但没关系.随着星际云的收缩,物质向内的集中,电场方向会渐渐趋于一致.于是,洛仑兹力使物质偏转的方向也就一致起来了,即,所有物质在向内集聚的过程中,都在向同一个方向偏转,星际云就这样一边收缩、一边旋转了.角动量就这样产生了.
物理学还告诉我们,角动量的大小与旋转物体的半径成反比.一开始,星际云的旋转角动量可能非常小,甚至可能看不出来.但随着星际云的收缩,电场越来越强,半径越来越小,旋转角动量会变得越来越大.最终总会让它像个车轮一样地转起来.
至于物质落入银河系中心时为何会螺旋式落入,也是因为角动量的原因.物质看似垂直落入银河系中心,但在一个旋转的系统中,没有什么东西能不旋转.在物质向银河系中心运动过程中,实际上运动路径本身就是一条螺旋线.而且由于角动量守恒,越是靠近银河系中心,旋转角动量就越大.即使它的运动轨迹一开始看似一条直线,看不出来有偏转,但越接近银河系中心,偏转程度就会越大,也越能看出来是一条螺旋线了.
大致就是这样.