Przejdź do treści

Badania pochodzenia struktury spiralnej w galaktykach dyskowych

img

Astrofizycy z University of Arkansas poczynili ważny krok w kierunku rozwiązania tajemnicy dotyczącej tego, w jaki sposób galaktyki dyskowe utrzymują kształt swoich ramion spiralnych. Ich odkrycia potwierdzają teorię, że ramiona te tworzone są przez falę gęstszej materii, która tworzy spiralny wzór podczas podróży przez galaktykę.

„Struktura ramion spiralnych w galaktykach dyskowych jest tajemnicą. Nikt nie wie, co decyduje o kształcie ramion spiralnych lub dlaczego mają pewną ich liczbę. Nasze badania dają jasną odpowiedź na część tej tajemnicy” – powiedział Ryan Miller.

Galaktyki dyskowe, w tym Droga Mleczna, stanowią 70% znanych galaktyk. Charakteryzują się ramionami w kształcie spiral, ale astronomowie nie są pewni, w jaki sposób one się kształtują i utrzymują.

Tajemnica zaczyna się od prostego paradoksu: gwiazdy w galaktyce dyskowej krążą wokół centralnej masy zwanej „zgrubieniem galaktycznym”, a gwiazdy bliżej centrum orbitują szybciej niż gwiazdy bliżej krawędzi. Ale jeżeli ramiona spiralne byłyby złożone ze stałej grupy gwiazd, te bliżej krawędzi musiałyby pokonać większy dystans, niż te bliżej centrum, aby utrzymać spiralny kształt.  

W latach 60. astronomowie zaproponowali „teorię gęstości fali”, aby wyjaśnić ten paradoks. Teoria głosi, że ramiona galaktyk dyskowych nie są utworzone ze statycznych wiązek gwiazd. Zamiast tego ramiona te są falami gęstszych obszarów, które poruszają się w gwiazdach. Gwiazdy poruszają się zgodnie z prawami fizyki i kiedy okrążają centrum galaktyki, napotykają te gęstsze obszary.

Gęstsze obszary wpływają również na obłoki gazu, które przechodzą przez te regiony. Kompresują się, zapadając się w nowe gwiazdy.

Miller i jego współpracownicy zapewnili wsparcie teorii fal gęstości przez obserwowanie gwiazd w różnym wieku i porównując ich położenie do środka fali gęstości.

Zgodnie z teorią na każdym ramieniu galaktyki byłby punkt, w którym prędkość rotacji fali gęstości i prędkość gwiazd są takie same. Nazywa się to promieniem współrotacji. Gwiazdy wewnątrz promienia współrotacji powinny poruszać się szybciej, niż fala gęstości, ponieważ znajdują się bliżej centrum. Dlatego, im starsza gwiazda, tym powinna podróżować dalej od miejsca narodzin w pobliżu fali. Po zewnętrznej stronie promienia współrotacji, gdzie gwiazdy poruszają się wolniej niż fala gęstości, starsze gwiazdy powinny opaść dalej poza falę.

Naukowcy przeanalizowali obrazy galaktyk w Extragalactic Database, obsługiwanej przez JPL. Dla każdej galaktyki badali obrazy na różnych długościach fali światła, reprezentujące gwiazdy w różnym wieku. Odkryli, że każda grupa gwiazd tworzyła ramię o nieco innym „kącie nachylenia”, który jest kątem ramienia w stosunku do centrum galaktyki. Porównując te różne kąty do kąta utworzonego przez centrum fali gęstości, okazało się, że położenie tych grup gwiazd odpowiada przewidywaniu teorii fali gęstości.

Chociaż badania dostarczają dowodów na to, że ramiona spiralne zachowują swój kształt, pozostają pytania dotyczące określenia, co powoduje gęstsze fale.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Research on Disk Galaxies Sheds Light on Movement of Stars

Investigating the Origins of Spiral Structure in Disk Galaxies through a Multiwavelength Study

Źródło: University of Arkansas