Domande sulle braccia della galassia a spirale

Ho 2 domande relative alle galassie a spirale.

In primo luogo, come si sono formate le braccia? Perché le stelle dovrebbero accumularsi in quelle aree specifiche? E in secondo luogo, perché sono ancora intatti?

Le parti interne delle braccia devono ruotare più rapidamente delle parti esterne, quindi sicuramente si allungherebbero e non assomiglierebbero più alle braccia, ma semplicemente a un disco attorno al centro galattico.

In realtà, le stelle e le nebulose che compongono il braccio a spirale fanno solo temporaneamente parte di quel braccio a spirale. I bracci a spirale sono più simili alle onde sonore in cui singole particelle si muovono attorno a una posizione più o meno stazionaria. (Osserva ad esempio l'animazione delle onde longitudinali di Dan Russel , i punti rossi si spostano leggermente a sinistra e a destra attorno a una posizione fissa). Polvere, gas e stelle si muovono verso o lontano da un altro come onde longitudinali. Laddove polvere, gas e stelle si avvicinano (e quindi aumenta la densità), si possono vedere bracci a spirale quando più stelle si avvicinano aumentando la luminosità in quella posizione nella galassia.

Questo effetto è inoltre molto aumentato perché la maggiore densità di polvere e gas nel braccio a spirale provoca la formazione di protostari. Le stelle più luminose bruciano la loro energia così in fretta che cesseranno di esistere anche prima che l'onda longitudinale (il braccio a spirale) sia passato. Queste stelle molto luminose esistono solo per una piccola parte del loro periodo orbitale attorno al centro della galassia, e solo mentre si trovano nel braccio a spirale. La grande maggioranza delle stelle esiste molto più a lungo, ma è anche molto più fioca e contribuisce solo poco alla luminosità generale della galassia.

Questo fa sì che i bracci a spirale siano molto più luminosi del resto del disco, dove esistono anche molte stelle. Ma questi non possono essere visti in quanto sono molto più deboli.

Naturalmente, le stelle non ruotano attorno a una posizione stabile nella galassia (come i punti rossi nell'animazione delle onde) ma seguono le loro orbite attorno al centro della galassia. A volte un po 'più veloce, a volte un po' più lento a seconda della posizione rispetto ai bracci a spirale.

Poiché i bracci a spirale sono onde, non importa che le stelle vicino al centro si muovano più velocemente delle stelle sul bordo. Significa solo che faranno parte del braccio a spirale per un periodo di tempo più breve.

Per aggiungere all'eccellente risposta di Dieudonné, vorrei dire che i bracci a spirale sono davvero prominenti solo nella parte blu dello spettro (le stelle massicce tendono ad essere blu e di breve durata), mentre nelle bande d'onda a infrarossi, ad esempio, i bracci a spirale compaiono solo come lievi sovra-densità del 10-20%.

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La situazione per la Lattea non è così chiara, dal momento che non abbiamo una visione esterna e che misurare distanze accurate con gli oggetti all'interno della Via Lattea è notoriamente difficile. La speranza è che il satellite Gaia dell'ESA ci dia un quadro più preciso.