Astrofizycy z University of Arkansas poczynili ważny krok w kierunku rozwiązania tajemnicy 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 ich liczbie w danej galaktyce. Nasze badania dają jasną odpowiedź na część tej tajemnicy – powiedział Ryan Miller, jeden z członków zespołu badawczego.
Galaktyki dyskowe, w tym Droga Mleczna, stanowią 70% znanych galaktyk. Charakteryzują się ramionami w kształcie spiral, ale astronomowie nie są pewni, w jaki sposób się one 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, lecz 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 dostarczyli argumentów potwierdzających prawdziwość teorii fal gęstości przez obserwowanie gwiazd w różnym wieku i porównywanie 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 – tzw. promień 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. Po porównaniu tych różnych kątów 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.
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
Opracowanie: Agnieszka Nowak