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◇渦と銀河とブラックホール

 自律渦の発生。中心部への物質の落ち込み

風呂おけの栓を抜くと、水は渦をまきながら抜けていきます。

渦がどちら回りになるかは定まらないようです。

水は中心方向に進むだけのはずなのになぜ真っすぐ中心に向かわず 回転するのでしょう?

水は殆ど圧縮できませんので、流れが集まることは出来ません。 流れは押し合いの結果、下方向の他、右あるいは左にずれます。

このズレの方向は始まりはランダムなのですが、隣のズレが隣に影響を与えることにより 全体が同じ方向にズレます。
「対称性の自発的破れ」が起こるのです。

これにより渦が形成されます。


流れの速度の差によっても「渦」のような回転現象が起こります。
カルマン渦や、つむじ風がそうです。

 自律渦の維持。中心部からの物質の排出

渦は単なる回転ではありません。
渦が維持されるためには中心部の物質が排除され続けなければなりません。

風呂おけではどんどん水が抜けていきます。
台風では中心部で上昇気流となり、下部の面の空気が排出されます。
竜巻では強い上昇気流で空気はどんどん上に排出されます。

中心からの物質の排除が起こらない場合、直ぐに渦は消失します。
つむじ風は中心からの空気の排除が続かないため短時間で消えます。
カルマン渦も短時間で消えます。


なお、
カルマン渦に関して流体力学で説明される場合、2次元でしか説明されませんが、 中心部で下方向への排出があり、上面では中心部への流れがあると考えています。
これが短いとは言え、ある程度の時間続く理由です。
進行方向の流速の差だけでなく、下が上より若干遅いため、中心部で下方向への 排出が起こるのです。

鳴門の渦が続く理由も、中心部で下方向への海水の排出が起こっているからです。

渦に関する流体力学は渦面と直交する空間を無視しては成り立ちません。

 銀河中心での物質の消失。ブラックホールが渦の原動力

銀河の渦はどのように形成されるのでしょう?

星の集団はいわゆる「流体」ではありませんが、星どうしの近接効果により 流体に近い運動をすると考えています。

集団内の密度の差により、どこかに星々が集まってきます。
このとき、押し合い効果による「対称性の自発的破れ」により ゆるい回転が始まります。

しかし物質の排出がないままの集中だけでは強い渦が形成され維持されることは ありません。
太陽系のような小さなシステムでは回転の残骸として惑星の公転が残りますが 初期にあったであろう渦は消失しています。

銀河のような渦が維持されるためには中心部での物質の排出が必須なのです。

宇宙で物質の排出?

そう、ブラックホールです。

銀河はブラックホールができ、空間から継続的物質の排出が始まり、 強い渦となり、おそらく星の近接効果により、星の速度が中心からの 距離によらずほぼ一定となり、それに呼応するような、質量分布に なったのです。

銀河の中心にブラックホールができたのではありません。
ブラックホールが銀河の渦を作るのです。

 銀河の衝突と円盤の保持

##2015/8/1
「円盤銀河の衝突のシミュレーションでは、その後、楕円銀河に変わるはずだが、 実際の宇宙では円盤が保たれる」とTVで流れていました。

おそらくシミュレーションで用いる銀河のモデルが巨大質点の周りに小さな質点が 回っているという極端に単純化したものだから現実と合わないのではないのでしょうか?

銀河は単なる回転する質点の集まりではなく、中心にブラックホールを持ち 物質が少しずつ落ちていくことにより回転が維持される渦なのです。
これを無視してシミュレーションを行っても有用な結果は得られません。

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