THEMA: Galaxien in Scheibenform durch Fliehkräfte?

Hallo zusammen,
mein Name ist Dirk und ich bin neu hier im Forum.
Ich bin sehr interessiert an Astrophysik, auch wenn ich das meiste eigentlich gar nicht so recht verstehe.
Aber genau deshalb finde ich es klasse, dass es diese Homepage und den YT-Kanal dazu gibt, der einem das Weltall möglichst verständlich erklärt.

Ich habe mich in diesem Forum angemeldet, weil ich mir eine Antwort auf eine vielleicht sehr blöde Frage erhoffe.
Ich weiß auch nicht, ob dieses Forum hier der richtige Ort dafür ist.

Ich habe gerade das Video "Neue Rätsel zur dunklen Materie" gesehen.
Dort hat Herr Gaßner erklärt, dass die Wissenschaft derzeit noch nicht erklären kann, warum die Galaxien, insbesondere die Tochtergalaxien, in Scheibenform auftreten, wenn die Galaxie innerhalb der dunklen Materie eingebettet ist.

Ich habe mich gerade intensiv mit dem Thema Fliehkräfte beschäftigt und dabei festgestellt, dass es logisch sein muss, dass sich alle Materie (wenn sie sich schon etwas geordnet hat) in einer Scheibe, die zur Rotationsachse senkrecht steht, anordnen muss. Bei meinem Experiment ist die Materie zwar ein starrer Körper, das Prinzip ist aber scheint mir das Gleiche zu sein.
Massen, die durch die Gravitationskraft miteinander verbunden sind und um einen anderen Körper kreisen, müssen sich meiner Meinung, nach zwangsläufig in einer gemeinsamen Ebene der Bahnbewegung anordnen. Die Masse, die da um ein gemeinsames Zentrum kreist, ist zwar äußerst "schwabbelig" aber hängt doch durch die Gravitation zusammen. So muss das doch auch für großflächig verteilte Masse gelten.

Meine Frage:
Kann nicht die Fliehkraft, die auf die Masse wirkt, die Ursache sein, dass sich auch Tochtergalaxien, die um ein schweres Zentrum einer Galaxie kreisen, in langen Zeiträumen gesehen, in die Ebene der Galaxienscheibe anordnen?
Wenn dem so ist, dann müsste aber eigentlich bei den Simulationen dasselbe Ergebnis herauskommen.

Wer meine Versuche dazu mal sehen möchte hier die Links zu den Videos auf YT:
Video 1


Video 2



Vielleicht helfen diese sehr einfachen Videos meine Frage zu verdeutlichen.
Besonders das Video 1 könnte Materie zeigen, die bereits etwas geordnet um ein Zentrum (hier der Antriebsmotor) rotiert.
Den Stab muss man sich im Weltall als die durch Gravitation zusammengehaltene Masse, z.B. eine Tochtergalaxie, vorstellen.

Klar wird die Masse so nicht um das Schwerkraftzentrum rotieren. Aber wenn der größte Teil der Materie mal nicht mehr total chaotisch um das Zentrum kreist, sondern etwas ausgerichtet, dann kann die Masse kann doch eigentlich gar nicht anders, als sich in einer Scheibe anordnen.
Die Fliehkräfte würden auch innerhalb der dunklen Materie wirken und die Materie um die Drehachse anordnen.

Über eine (konstruktive) Antwort würde ich mich freuen.

Viele Grüße
Dirk

Raschl schrieb: Ich habe mich gerade intensiv mit dem Thema Fliehkräfte beschäftigt und dabei festgestellt, dass es logisch sein muss, dass sich alle Materie (wenn sie sich schon etwas geordnet hat) in einer Scheibe, die zur Rotationsachse senkrecht steht, anordnen muss.

Warum sollte sie das tun?
Die Masse hat ein Trägheitsmoment senkrecht zur Scheibe den sie irgendwie loswerden muss; Sie muss die Energie die darin steckt irgendwie abgeben. Anders als in deinem Versuch sind Gas, Staub und Zwerggalaxien nicht starr miteinander verbunden. In deinem 2. Versuchsaufbau z.B. sorgt Reibung dafür das die Drehung nicht vollständig wird sondern sich in der Rotationsebene einpendelt. Die Bewegungen sind gedämpft.
Doch woran reiben sich Gas, Staub und Zwerggalaxien?. Erstere hatten genug Zeit und Gelegenheit um aneinander zu stoßen, sich in Scheibenform zu ordnen und Sterne zu bilden. Zwergalaxien sind etwas schwerer als Gas und Staub und hatten eigentlich noch nicht genug Zeit dafür.

Weshalb sich der Stab in Versuch 1 genau in die Waagrechte dreht und dort verbleibt, ist aber auch klar. Weil er dadurch den geringsten Luftwiderstand verursacht. Ein Teil des Stabes wird durch die Luftwirbeln des Rotorarms angesaugt.

Luftwiderstand würde ich in Versuch 1 nur insofern berücksichtigen als er zur Dämpfung beiträgt.
Es stimmt schon so, es treten Kräfte hin zur Rotationsebene auf aber ohne Reibung würde da soviel kinetische Energie aufgebaut das es für ein vollständiges Durchpendeln reichen würde, Energieerhaltung darf man ja auch nicht vergessen.

Hallo zusammen,

eigentlich wollte ich die Videos nicht in diesem Forum diskutieren. Sie sind bereits die Antwort oder besser der versuchstechnische Beweis einer mathematischen Betrachtung. Außerdem wäre das hier wahrscheinlich der falsche Ort um dies zu tun.
Ich möchte aber trotzdem kurz darauf eingehen:
Leider muss ich jedem von euch widersprechen. Weder ist der Luftwiderstand dafür verantwortlich, dass der Stab in Rotationsebene einpendelt, noch ist ein Durchpendeln ohne Reibung möglich.
Es sind lediglich die Fliehkräfte, die dieses Verhalten hervorrufen und das ist auch mathematisch belegbar.
Ohne Reibung würde der Stab in die andere Richtung soweit pendeln, bis er seinen Startwinkel auf der anderen Seite wieder erreicht hat,
Dieses Hin- und Her-Pendeln würde dann ohne Reibung einfach immer weiter so fortgesetzt.
Mit Reibung wird diese Bewegung gebremst und der Stab kann nicht anders als in der Rotationsebene stehen zu bleiben.
Ein Pendel im Schwerefeld der Erde, pendelt ja ohne Reibung auch nicht einfach durch und fängt an sich zu Drehen.
(Schaut bitte in den Link bei den Videos.Ich hab das Ganze auf meiner Homepage genauer erklärt)

Aber darum ging es mir in der Frage ja auch nicht. Alles im Universum ist, wenn es sich in einer Rotation befindet, näherungsweise in einer Scheibe angeordnet.
Bahnen der Planeten um die Sonne, Ringe der Planeten, Galaxien, Akkretionsscheiben um schwarze Löcher.... Warum sollte nun eine kleine Tochtergalaxie außerhalb eine größeren Galaxie, die um deren Zentrum kreist, sich nicht in die gleiche Ebene legen? Oder hab ich die Aussage aus dem Video falsch verstanden?

Klar ist die Masse im Universum nicht so starr miteinander verbunden wie die Stäbe in meinen Versuchen.
Aber sie ist miteinander verbunden: durch die Gravitation.
Gibt es eigentlich Simulationen oder Videos zu diesem Verhalten, was man sich nicht erklären kann?

Merilix schrieb: Luftwiderstand würde ich in Versuch 1 nur insofern berücksichtigen als er zur Dämpfung beiträgt.
Es stimmt schon so, es treten Kräfte hin zur Rotationsebene auf aber ohne Reibung würde da soviel kinetische Energie aufgebaut das es für ein vollständiges Durchpendeln reichen würde, Energieerhaltung darf man ja auch nicht vergessen.

Sorry, mein Fehler. Richtig, der Luftwiderstand trägt nur zur schnelleren Dämpfung der Rotation bei. Der Hauptfaktor ist sicherlich die Trägheit der Masse des Stabes (Scheinkraft Zentrifugalkraft). Die Masse wandert somit nach Außen. Und der eine Arm des Stabes hat nun einmal weiter draußen eine höhere Masse (da r größer) als beide Arme weiter innen.
Und da sieht man auch schön den Unterschied zur einer Galaxy: \( F=m\cdot \frac{v^2}{r} \) zu \(F=G \cdot \frac{m_{1}\cdot m_{2}}{r^2}\)
Gravitation wird mit dem Quadrat der Entfernung geringer.
Aber es stimmt schon, die Ausrichtung der Staubwolke am Beginn des Lebens eines Sonnensystems/Galaxy wird bei Ausbildung einer Rotation sich eher scheibenförmig entwickeln.

Raschl schrieb: Ohne Reibung würde der Stab in die andere Richtung soweit pendeln, bis er seinen Startwinkel auf der anderen Seite wieder erreicht hat,
Dieses Hin- und Her-Pendeln würde dann ohne Reibung einfach immer weiter so fortgesetzt.

So habe ich das gemeint. Vollständig = erreicht den selben Startwinkel.

Raschl schrieb: Aber darum ging es mir in der Frage ja auch nicht. Alles im Universum ist, wenn es sich in einer Rotation befindet, näherungsweise in einer Scheibe angeordnet.
Bahnen der Planeten um die Sonne, Ringe der Planeten, Galaxien, Akkretionsscheiben um schwarze Löcher....

Das Zentrum der Milchstraße sieht anders aus (Bulge) Die Sonne ist auch keine Scheibe. Mit anderen Worten: Da sind noch andere Kräfte am wirken.
Zu den Zwerggalaxien hatte ich den Faktor "Zeit" genannt. Woran sollten die sich "reiben" um ihre Bewegungsenergie senkrecht zur Scheibe abzugeben und wie lange dauert das?
Auch müsste man fragen ob die Masse die in der Galaxienscheibe liegt ausreicht der Zwerggalaxie zu zeigen wo denn die Rotationsebene liegt auf die sie sich einpendeln soll. Die Bewegungen sind erstmal unabhängig voneinander und je nach Masseverhältnis könnte die "Rotationsebene" sämtlicher Zwerggalaxien zusammen auch eine andere sein als die der Scheibengalaxie.

ja die Sprache ist manchmal verwirrend. Kommunikation ist die Ursache aller Missverständnisse.
Es ist für mich manchmal sehr schwer nur mit Text so genau zu formulieren, dass es eindeutig zu verstehen ist.
Deshalb bin ich Foren gegenüber auch immer etwas skeptisch eingestellt. Das ist der Grund, weshalb ich eine eigene Homepage eingerichtet habe, um manche Dinge mit Bildern, Skizzen und Berechnungen richtig erklären zu können.

Zurück zur Galaxie: Die Simulationen von denen Dr. Gaßner sprach, mussten ja aber zwangsläufig sowohl Graviationskräfte und Fliehkräfte der Massen berechnen. Ich nehme an, dass in den Simulationen die Tochtergalaxien sich eben nicht in die Scheibe der Hauptgalaxie legten?
Oder tun sie das in der Realität nur in einem kürzeren Zeitrahmen, der in den Simulationen so nicht herausgekommen ist?
Kann man sich diese Simulationen als Video irgendwo anschauen?
Wäre super, wenn man da noch irgendwo mehr Infos dazu bekommen könnte.

Viele Grüße

Braucht man Fliehkräfte dafür? Ich denke nein. Es herrscht Kräftegleichgewicht. Die Objekte sind im freien Fall und nicht durch irgendwelche Hindernisse (Zentrifugenwände/starre Verbindungsstreben) etc. behindert.
Keine Ahnung wie man das wirklich macht, kann nur beschreiben wie ich das machen würde:
Nach Newton würde ich mit \(F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}\) rechnen. In Vektorform und für viele Objekte wäre das etwa \(\vec{F}_1 = Gm_1 \sum_{i=2}^n m_i \frac{\vec{r}_i-\vec{r}_1}{|\vec{r}_i-\vec{r}_1|^3}\). Mit \(\vec{a_1}=\vec{F_1}/m_1\) bekommt man den Beschleunigungsvektor für jedes Simulationsobjekt und kann Koordinaten und Geschwindigkeit für den nächsten Simulationsschritt berechnen. Dabei lassen sich noch Korrekturfaktoren berücksichtigen die Reibung/Gezeitenkräfte nachstellen... aber das wars im Prinzip schon. Der Rechenaufwand ist bei vielen Objekten natürlich enorm da jedes mit jedem verrechnet werden muss. (lässt sich bei größeren Entfernungen durch Clusterbildung optimieren, bleibt trotzdem hoher Rechenaufwand)

Merilix schrieb: Der Rechenaufwand ist bei vielen Objekten natürlich enorm da jedes mit jedem verrechnet werden muss.

Haargenau so ist es. Die Rotationsebene des Ensembles nach einer langen Zeitspanne hängt dann davon ab was der gemittelte Bahndrehimpuls all seiner Teilchen war, dorthin pendelt es sich nach den andauernden gravitativen und durch Gasreibung verursachten Wechselwirkungen aller Teilchen miteinander letztendlich ein. Die dunkle Materie tut das nicht, da sie sich nicht am interstellaren Gas reibt sondern vermutlich selbst ein reibungsfreies Gas ist.

Über den Kamm scherend,

Yukterez schrieb: Die Rotationsebene des Ensembles nach einer langen Zeitspanne hängt dann davon ab was der gemittelte Bahndrehimpuls all seiner Teilchen war, dorthin pendelt es sich nach den andauernden gravitativen und durch Gasreibung verursachten Wechselwirkungen aller Teilchen miteinander letztendlich ein

Genau das war ja meine Erwartung. Aber scheinbar ist das nicht das Ergebnis von Simulationen, wenn man sich die Ausrichtung von Zwerggalaxien bezüglich einer großen Hauptgalaxie anschaut.. So hab ich die Aussage von Dr. Gaßner in dem Video zumindest verstanden.

Merilix schrieb: Mit \(\vec{a_1}=\vec{F_1}/m_1\) bekommt man den Beschleunigungsvektor für jedes Simulationsobjekt

Ich denke das wir eigentlich schon das selbe meinen. Bei meinen Versuchen ist die Fliehkraft ja auch nur eine Trägheitskraft, die den Stab in eine Kreisbahn zwingt.
Das man bei vielen Objekten nicht mehr mit F = m*v"/r rechnen kann, kann ich mir vorstellen. Im Prinzip sind aber die "Fliehkräfte" dann über den Trägheitskraftvektor in den Simulationen enthalten.

Merilix schrieb: Woran sollten die sich "reiben" um ihre Bewegungsenergie senkrecht zur Scheibe abzugeben und wie lange dauert das?

Noch eine Frage dazu: Wieso muss sich die Masse aneinander reiben um Energie abzubauen? Oder wieso muss sie überhaupt Energie abbauen?
Das hab ich noch nicht verstanden. Gibt es da vielleicht bereits erklärende Videos dazu?

Raschl schrieb:

Yukterez schrieb: Die Rotationsebene des Ensembles nach einer langen Zeitspanne hängt dann davon ab was der gemittelte Bahndrehimpuls all seiner Teilchen war, dorthin pendelt es sich nach den andauernden gravitativen und durch Gasreibung verursachten Wechselwirkungen aller Teilchen miteinander letztendlich ein

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Noch eine Frage dazu: Wieso muss sich die Masse aneinander reiben um Energie abzubauen? Oder wieso muss sie überhaupt Energie abbauen?
Das hab ich noch nicht verstanden. Gibt es da vielleicht bereits erklärende Videos dazu?

Ich stelle mir das wie beim gewöhnlichen Pendel vor. Ohne Reibung würde es ewig schwingen. Durch die Reibung wird die kinetische Energie im Nullpunktsdurchgang geringer und dadurch die nächste Auslenkung. Bei den Scheiben der Galaxien ist die Reibung stark auf das Zentrum, also den Nullpunktsdurchgang, konzentriert. Nur dadurch entsteht der Unterschied zum einfachen Pendel.
MfG
Lothar W.