18/09/2022

Dossier Via Làctia: 3 Estructura i components de la galàxia espiral

La Via Làctia, un magnífic camí d'estrelles al cel nocturn, encara guarda molts secrets. La matèria fosca i l'energia, els forats negres supermassius són temes fascinants per entendre millor la nostra galàxia.

Com ho fan les galàxies espirals per mantenir els braços ben oberts? Els astrònoms fa temps que es fan aquesta pregunta. Les galàxies espirals són, però, molt nombroses: dues de cada tres, les altres ho són de qualsevol tipus; galàxies el·líptiques, de forma esferoïdal, o nanes irregulars.


Clic per engrandir. NGC 1300, una galàxia espiral barrada. Crèdit: NASA, ESA i The Hubble Heritage Team STScI/AURA), DP

Les galàxies espirals s'aplanen en un disc prim, que gira al voltant del seu eix central. El problema és que no giren com un disc sòlid: el centre gira més ràpid que la vora. El material triga 20 milions d'anys a completar una revolució a una distància de 3.000 anys llum des del centre, on comença l'espiral, mentre triguen mil milions d'anys a girar a la vora extrema, a 150.000 anys llum de distància. Durant una revolució a la vora, l'estrelles des del centre hauran fet 50 voltes.

Imagineu braços espirals dibuixats en un disc: si el centre gira més ràpid, l'estructura espiral s'enrotllarà i els braços es tancaran molt ràpidament. Tanmateix, en els exemples d'estructures espirals visibles a les imatges de sota, els braços estan molt oberts.


Clic per engrandir. Exemples de galàxies espirals fotografiades en llum infraroja pel VLT (
Very Large Telescope) de l'ESO (European Southern Observatory), a Xile: d'esquerra a dreta, NGC 5427, NGC 4321 i NGC 1300. Crèdit: ESO

Els braços espirals, ones de densitat

La solució a aquest problema va ser proposada l'any 1964 per Lin i Shu: els braços espirals són ones de densitat, no són braços materials. Les estrelles i el gas interestel·lar entren i surten dels braços espirals, durant la seva rotació al voltant del centre. Les ones de densitat espiral, com l'ona barrada, giren a a velocitat més feble, a velocitat angular constant com un cos sòlid. A més, l'espiral barrada que dibuixen al cel no es deforma.

El gas interestel·lar, cada vegada que entra a l'ona espiral, pateix una ona de xoc, que el comprimeix i el desestabilitza: núvols densos es multipliquen i formen estrelles. És per això que la majoria de les estrelles joves i brillants neixen als braços espirals, que són més blaus i acullen un gran nombre de nebuloses ionitzades. Les estrelles joves i massives consumeixen el seu gas amb reaccions nuclears molt més ràpid que les estrelles més clares. Ja estan morts un cop s'ha creuat el braç espiral, després de 10 a 20 milions d'anys, i per tant no il·luminen l'interbraç. Les estrelles de més gran durada de vida, com el Sol (vuit mil milions d'anys), no són gaire brillants, d'aquí l'interbraç relativament fosc.

Les galàxies espirals mai estan en equilibri, la matèria del disc gira en espiral cap al centre, perdent moment angular, degut precisament a les parelles de torsió de l'espiral i de la barra. La concentració de massa cap al centre produeix una protuberància cada cop més massiva, segons la seqüència del Hubble representada a la imatge següent.

Clic per engrandir. Representació de la seqüència del Hubble, o "diapasó del Hubble". A l'esquerra, les galàxies el·líptiques més o menys oblates, des de E0 (esfera) fins a E7 (ablatinació màxima) [la xifra és igual a 10 x (A - B)/A, on A i B són els eixos principals]. A la dreta, les galàxies espirals es divideixen en dues branques, barrades (inferior) o no, i la proporció de protuberància/disc disminueix d'esquerra a dreta. Al centre, les galàxies lenticulars S0, que tenen un disc, u na protuberància massiva, però sense gas, i poques espirals. Crèdit: Françoise Combes

Es creu que les galàxies tenen una forma espiral al començament de la seva vida, perquè la fracció de gas és molt gran. Aleshores les fusions de galàxies fan que perdin gradualment la rotació per convertir-se en el·líptiques.

Clic per engrandir. Imatges en color compostes obtingudes amb el telescopi espacial Hubble de quatre cúmuls de galàxies en formació estel·lar, tres mil milions d'anys després del Big Bang. Crèdit: G. Barro, NASA, ESA

Les galàxies sempre han estat espirals?

Quan observem les galàxies llunyanes, més joves que avui des que retrocedim en el temps, n'observem moltes que són irregulars, formant grumolls. La taxa d'interaccions entre galàxies també és més gran, la qual cosa les fa més pertorbades, però no solament.

Fins i tot les galàxies aïllades són més irregulars. Això probablement es deu a la fracció de gas més gran. Si una galàxia espiral típica d'avui conté d'un 5 a un 10% de gas, les galàxies tenen al voltant de la meitat d'edat de l'univers al contenir-ne encara el 50%!.  Aquestes s'han fet inestables respecte a la fragmentació gravitatòria, el que explica la presència de grumolls. Aquestes butxaques de gas inestable estan formant estrelles activament, com es veu a les imatges que es mostren a dalt.

Veure:

Anterior: 2 Formes i dimensions de la Via Làctia
Següent: 4 La Via Làctia i la matèria negra (en preparació)


Ho he vist aquí.

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada

Aquí pots deixar el teu comentari