Perché la nebulosa protoplanetaria che ha dato origine al nostro sistema solare era in rotazione? Tutti i tipi di corpi celesti che conosciamo sono in rotazione?

Qualsiasi struttura che vediamo nel nostro universo è nata da una situazione di collasso di una nube di gas diffuso verso un centro di attrazione.
In molti casi, il gas è andato incontro a più fasi di collasso (ad esempio nel caso di un pianeta, dapprima si è formata la struttura più grande per la formazione della stella; dalla struttura protostellare poi sono emersi altri centri di aggregazione per un fenomeno diverso dal collasso della struttura principale).
Il collasso viene guidato essenzialmente dalla forza di gravità.
Questa, che regola la maggior parte dei fenomeni su scale astronomiche è la forza centrale descritta da Newton, dipende cioè solamente dalla distanza dal centro di forza. La tradizionale formulazione è


 
Per questa sua natura centrale, se il sistema collassante è inizialmente disposto in una configurazione esattamente sferica, il collasso procede in direzioni perfettamente radiali, verso il centro di massa (o baricentro) del sistema. Quindi senza alcuna rotazione.
In realtà, però, una qualsiasi piccola asimmetria durante il collasso provoca un momento angolare diverso da zero, in quanto la forza non agisce più esattamente lungo la direzione del moto. Essa esercita pertanto un momento, provocando una variazione del momento angolare della struttura.
Questa asimmetria può essere dovuta a una rotazione già presente, a una variazione di densità, a una qualsiasi perturbazione (esplosione di una supernova esterna, vento stellare, interazione gravitazionale con altre strutture, fenomeni interni alla nube).

In effetti il collasso è perfettamente sferico soltanto nell’ipotesi che la struttura che collassa sia a simmetria perfettamente sferica e che non intervenga nessun fenomeno durante il collasso a modificare questa simmetria.
Altrimenti, la presenza di un momento angolare diverso da zero, in una struttura, si manifesta con una rotazione, dato che il momento angolare L è proporzionale alla velocità angolare di rotazione w:
L=Iw
con I momento d’inerzia della struttura (grandezza caratteristica dell’oggetto che ne determina le proprietà rotatorie, in base all’asse di rotazione, come la massa determina la “risposta” di un oggetto a una forza, per una breve spiegazione vedi questo link).
Sappiamo oggi che le stelle non si sono formate separatamene l’una dall’altra, le nubi protostellari hanno infatti dimensioni di molte masse solari.
Le stelle di un intero ammasso sono considerate coeve e con la stessa composizione iniziale, cioè originate dalla stessa nube. Durante il collasso della nube, la stessa si fraziona (come dimostrato dalla teoria di Jeans), pertanto ci sono diversi motivi di asimmetria che inducono la rotazione durante il collasso.
Per questo tutte le strutture che osserviamo sono in rotazione, avendo tratto origine da nubi in precedente rotazione, o avendo ricevuto un momento angolare non nullo durante il collasso che le ha originate a partire dalla nube di gas diffuso.
Per conservazione del momento angolare, tutti i corpi celesti che osserviamo mantengono una rotazione.
Inoltre, dato che le forze che legano tra loro i corpi celesti sono essenzialmente gravitazionali, e non producono praticamente momento, il loro momento angolare si conserva.
Dato che I è proporzionale al quadrato del raggio della struttura, mano a mano che essa collassa, diminuendo il raggio, e quindi I, la velocità angolare deve crescere. Questo peraltro esacerba la rotazione.
Le prove più immediate sono legate al nostro sistema solare, ma gli impulsi periodici che riceviamo da oggetti lontani, sono spesso prova della loro rotazione.
Moltissime sono ormai le prove sperimentali della rotazione nei corpi celesti: ad esempio le galassie (sia per la forma a “sombrero” delle galassie a spirale che presentano un piano preferenziale di rotazione, che per le curve di velocità misurate con l’effetto doppler), le stelle vicine (risolte e quindi si può osservare l’effetto doppler della radiazione, da una parte positivo, dall’altra negativo), gli oggetti molto compatti (pulsar).
Per maggiori informazioni sulla formazione del sistema solare e, in generale, sulle nubi protoplanetarie e il loro collasso vedi questa risposta.