Galàxia espiral

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Un exemple d'una galàxia espiral, la Galàxia del Molinet (també coneguda com Messier 101 o NGC 5457)

Una galàxia espiral és un cert tipus de galàxia originalment descrit per Edwin Hubble el 1936 en la seva obra The Realm of the Nebulae (El regne de les nebuloses)[1] i, com a tal, forma part de la seqüència de Hubble. Les galàxies espirals consisteixen en un disc galàctic giratori pla que conté estrelles, gas i pols, i una concentració central d'estrelles conegudes com a protuberàncies. Aquestes estan envoltades per un halo molt més feble d'estrelles, moltes de les quals resideixen en els cúmuls globulars.

Les galàxies espirals s'anomenen per les estructures espirals que s'estenen des del centre cap al disc. Els braços espirals són llocs de formació estel·lar en curs i són més brillants que el disc que envolta a causa de les joves estrelles OB calentes que els habiten.

Aproximadament s'observen dos terços de tots els espirals per tenir un component addicional en forma d'una estructura a manera de barra,[2] s'estén des de la protuberància central, en els extrems dels quals comencen els braços espirals. La proporció d'espirals barrades en relació amb els seus cosins sense barres ha canviat al llarg de la història de l'Univers, amb només un 10% que contenen barres fa aproximadament 8 milions d'anys, a més o menys una quarta part fa 2,5 milions d'anys, fins a l'actualitat, on més de dos terços dels les galàxies en l'univers visible (Volum de Hubble) tenen barres.[3]

La nostra pròpia Via Làctia ha estat recentment confirmat (en els anys 1990) ser una espiral barrada, tot i que la barrada en si és difícil d'observar des de la nostra posició en el disc galàctic.[4] L'evidència més convincent de la seva existència prové d'un estudi recent, realitzada pel Telescopi Espacial Spitzer, de les estrelles al centre de la galàxia.[5]

Juntament amb les galàxies irregulars, les galàxies espirals representen aproximadament el 60% de les galàxies en l'Univers local.[6] Es troben sobretot a les regions de baixa densitat i són rares en els centres dels cúmuls de galàxies.[7]

Estructura[modifica | modifica el codi]

Les galàxies espirals consten de cinc components diferents:

La importància relativa, en termes de massa, la brillantor i la mida, dels diferents components varia de galàxia en galàxia.

Braços espirals[modifica | modifica el codi]

Els braços espirals són regions d'estrelles que s'estenen des del centre de les galàxies espirals i barrades. Aquestes regions llargues i primes semblen una espiral i per tant, pel seu nom, donen galàxies espirals. Naturalment, les diferents classificacions de les galàxies espirals tenen diferents estructures de braços. Per exemple, les galàxies Sc i SBc, tenen els braços molt lliures, mentre que les galàxies Sa i SBa tenen els braços ben embolicats (amb referència a la seqüència de Hubble). De qualsevol manera, els braços espirals contenen moltes estrelles joves, blaves (causa de l'alta densitat de la massa i l'alta taxa de formació d'estrelles), que fan que els braços siguin tan brillants.

Protuberància galàctica[modifica | modifica el codi]

Una protuberància galàctica és un gran grup atapeït d'estrelles. Habitualment el terme es refereix al grup central d'estrelles que es troben a la majoria de les galàxies espirals.

Utilitzant la classificació de Hubble, la protuberància de les galàxies Sa, generalment es compon d'estrelles de població II, que són velles, estrelles vermelles amb baix contingut de metall. A més, la protuberància de les galàxies Sa i SBa tendeix a ser gran. En contrast, les protuberàncies de les galàxies Sc i SBc són molt més petites i es componen d'estrelles de població I que són joves, blaves. Algunes protuberàncies tenen propietats similars a les de les galàxies el·líptiques (reduït per menor massa i lluminositat); altres simplement apareixen com a centres de més gran densitat de discos, amb propietats similars a les galàxies de disc.

Es creu que l'amfitrió d'un forat negre supermassiu en el seu centre n'hi ha moltes protuberàncies. Aquests forats negres mai han estat observats directament, sinó que hi ha moltes proves indirectes. A la nostra pròpia galàxia, per exemple, l'objecte anomenat Sagitari A* es creu que és un forat negre supermassiu. Hi ha una estreta correlació entre la massa del forat negre i la dispersió de la velocitat de les estrelles en la protuberància, la relació M-sigma.

Galàxia esferoïdal[modifica | modifica el codi]

Galàxia espiral NGC 1345

La major part de les estrelles en una galàxia espiral es troba ben a prop d'un sol pla (el pla galàctic) en més o menys òrbites circulars convencionals al voltant del centre de la galàxia (el centre galàctic), o en un bulb galàctic esferoïdal al voltant de la galàxia nucli.

No obstant això, algunes estrelles habiten un halo esferoïdal o esferoide galàctic, un tipus d'halo galàctic. El comportament orbital d'aquestes estrelles es disputa, però pot descriure òrbites retrògrades i/o molt inclinades, o no es mouen en òrbites regulars en absolut. Les estrelles de l'halo poden adquirir galàxies petites que cauen a dins i es fusionen amb l'exemple de galàxia espiral, la Galàxia Nana El·líptica de Sagitari es troba en procés de fusionar-se amb la Via Làctia i les observacions mostren que algunes estrelles de l'halo de la Via Làctia han estat adquirides d'aquesta.

A diferència del disc galàctic, l'halo sembla estar lliure de pols, i amb més contrast, les estrelles de l'halo galàctic són de Població II, molt més antiga i amb metal·licitat molt inferior que els seus cosins de Població I en el disc galàctic (però similars als del bulb galàctic). L'halo galàctic també conté molts cúmuls globulars.

El moviment de les estrelles de l'halo fa portar-los a través del disc de tant en tant, i una sèrie de petites estrelles nanes vermelles properes al Sol es creu que pertanyen a l'halo galàctic, per exemple de l'Estrella de Kapteyn i Groombridge 1830. A causa del seu moviment irregular en tot el centre de la galàxia, si ho fan en absolut, aquestes estrelles sovint mostren inusualment alt del moviment propi.

El 2013 i 2014 es van publicar documents de la presentació de proves que l'esferoide és en realitat una estructura plana en aproximadament la meitat de totes les galàxies.[8]

Galàxia espiral més antiga[modifica | modifica el codi]

La galàxia espiral més antiga d'arxiu és BX442. Als onze mil milions d'anys, és més de dos mil milions d'anys més que qualsevol descobriment anterior. Els investigadors creuen que la forma de la galàxia és causada per la influència gravitacional d'una galàxia nana acompanyant. Els models d'ordinador basat en la suposició  indiquen que l'estructura espiral de BX442 durarà aproximadament 100 milions anys.[9][10]

Origen de l'estructura espiral[modifica | modifica el codi]

Galàxia espiral NGC 6384 presa pel Telescopi Espacial Hubble.
La llar d'una espiral en explosions estel·lars[11]

El pioner dels estudis de la rotació de la galàxia i la formació dels braços espirals era Bertil Lindblad en el 1925. Es va adonar que la idea d'estrelles disposades permanentment en una forma espiral era insostenible. Atès que la velocitat angular de rotació del disc galàctic varia amb la distància des del centre de la galàxia (a través d'un tipus de sistema solar estàndard de model gravitacional), un braç radial (com una ràdio) es convertiria ràpidament corbada com la galàxia gira. El braç seria, després d'algunes rotacions galàctiques, cada vegada més corbada i el vent al voltant de la galàxia cada vegada forta forta. Això es coneix com el problema de bobinatge. Mesuraments en la dècada de 1960 van mostrar que la velocitat orbital de les estrelles de les galàxies espirals respecte a la seva distància des del centre de la galàxia és en realitat més gran del que s'esperava de la dinàmica newtoniana però encara no es pot explicar l'estabilitat de l'estructura espiral.

Des de la dècada de 1960, s'han produït dues hipòtesis principals o models per a les estructures espirals de les galàxies:

Aquestes hipòtesis diferents no han de ser mútuament excloents, ja que poden explicar els diferents tipus de braços espirals.

Model d'ona de densitat[modifica | modifica el codi]

Vegeu també: Teoria de les ones de densitat

Bertil Lindblad va proposar que els braços representen regions de densitat millorada (ones de densitat) que giren més lentament que les estrelles de la galàxia i de gas. Com que el gas entra en una ona de densitat, es va estrenyent i crea noves estrelles, algunes de les quals són estrelles blaves de curta durada que s'encenen els braços.

Explicació dels braços espirals de la galàxia.

Aquesta idea va ser desenvolupada en la teoria d'ona de densitat per C. C. Lin i Frank Shu en el 1964.[12]

Teoria històrica de Lin i Shu[modifica | modifica el codi]

La primera teoria acceptable per a l'estructura espiral va ser ideat per C.C. Lin i Frank Shu en el 1964, en un intent d'explicar l'estructura a gran escala d'espirals en termes d'una amplitud petita ona que es propaga amb velocitat angular fixa, que gira al voltant de la galàxia a una velocitat diferent de la de gas de la galàxia i de les estrelles. Van suggerir que els braços espirals eren manifestacions d'ones de densitat espiral - van assumir que les estrelles viatgen en òrbites lleugerament el·líptiques, i que les orientacions de les seves òrbites es correlaciona és a dir, les el·lipses varien en la seva orientació (un a un altre) d'una manera suau amb augmentar la distància des del centre galàctic. Això s'il·lustra en el diagrama. Està clar que les òrbites el·líptiques vénen junts en certes àrees per donar l'efecte de les armes. Les estrelles, per tant, no es queden per sempre en la posició que ara veiem en ells, sinó que passen a través dels braços a mesura que viatgen en les seves òrbites.[13]

Formació d'estrelles causada per ones de densitat[modifica | modifica el codi]

Existeixen les següents hipòtesis per a la formació de les estrelles causades per ones de densitat:

  • Com que els núvols de gas es mouen en l'ona de densitat, els locals que augmenta la densitat de massa. Atès que els criteris per al col·lapse de núvols (inestabilitat de Jeans) depèn de la densitat, una densitat més alta fa que sigui més probable que els núvols es col·lapsin i formar estrelles.
  • A mesura que l'ona de compressió travessa, es dispara la formació d'estrelles en l'avantguarda dels braços espirals.
  • Com que els núvols queden escombrats pels braços espirals, xoquen entre si i condueixen les ones de xoc a través del gas, que al seu torn fa que el gas a col·lapsar i formar estrelles
La galàxia brillant NGC 3810 demostra l'estructura espiral clàssica en aquesta imatge molt detallada del Hubble. Crèdits: ESA / Hubble i la NASA.

Estrelles més joves en els braços espirals[modifica | modifica el codi]

Els braços apareixen més brillants perquè hi ha estrelles més joves (d'aquí les estrelles brillants més massives). Aquestes enormes i brillants estrelles també moren ràpidament, el que deixaria només el fosc fons de distribució estel·lar darrere de les onades, per tant, fer les ones visibles.

Mentre que les estrelles, per tant, no es queden per sempre en la posició que ara veiem en ells, sinó que també no segueixen els braços. Els braços simplement semblen passar a través de les estrelles com els estels viatgen en les seves òrbites.

Alineació de l'eix de rotació amb buits còsmics[modifica | modifica el codi]

Galàxia espiral ESO 373-8.[14]

Els resultats recents suggereixen que l'orientació de l'eix de rotació de galàxies espirals no és un resultat casual, sinó que es preferentment alineades al llarg de la superfície dels buits còsmics.[15] És a dir, les galàxies espirals tendeixen a orientar-se en un angle alt d'inclinació respecte a l'estructura a gran escala dels voltants. Han estat descrites com alineant com "comptes d'un collaret," amb el seu eix de rotació seguint els filaments al voltant de les vores dels buits.[16]

Òrbites gravitacionalment alineades[modifica | modifica el codi]

Vegeu també: Òrbites gravitacionalment alineades

Charles Francis i Erik Anderson van mostrar a partir d'observacions dels moviments de més de 20.000 estrelles locals (dins de 300 parsecs), que les estrelles es mouen al llarg dels braços espirals, i descriuen com la gravetat mútua entre les estrelles fa que les òrbites d'alinear en espirals logarítmiques. Quan s'aplica la teoria de gas, les col·lisions entre núvols de gas generen núvols moleculars en què es formen noves estrelles, i s'explica l'evolució cap al gran disseny d'espirals bisimètriques.[17]

Distribució d'estrelles en espirals[modifica | modifica el codi]

La distribució similar d'estrelles en espirals

Les estrelles en espirals es distribueixen en discos prims amb la lluminositat de superfície (Freeman, 1970).[18]


I(r) = I_0 e^{-r/R_D}

amb R_D sent el disc de l'escala de longitud; I_0 és el valor central; és útil per definir: R_{opt}= 3.2 R_D com la mida del disc estel·lar, la lluminositat és


L_{tot} = 2\pi I_0 R^2_D
.

Perfils lleugers de l'espiral, en termes de la coordenada r/R_D, no depenen de la lluminositat de la galàxia.

Nebulosa espiral[modifica | modifica el codi]

Galàxia espiral ESO 499-G37, vist contra un fons de les galàxies distants, esquitxat d'estrelles properes.[19]

La "nebulosa espiral" era un terme usat per descriure les galàxies amb una estructura espiral visible, com la Galàxia del Remolí, abans que es va entendre que aquests objectes existien fora de la nostra galàxia, la Via Làctia. La qüestió de si aquests objectes eren galàxies separades independents de la Via Làctia, o un tipus de nebulosa que hi ha dins de la nostra pròpia galàxia, va ser objecte del Gran Debat de 1920, entre Heber Curtis de l'Observatori Lick i Harlow Shapley de l'Observatori Mont Wilson. A partir de 1923, Edwin Hubble [20][21] va observar variables cefeides en diverses nebuloses espirals, on s'inclou l'anomenada "Nebulosa d'Andròmeda", demostrant que són, de fet, galàxies senceres fora de la nostra pròpia galàxia. El terme "nebulosa espiral" ha caigut des de llavors en desús.

Via Làctia[modifica | modifica el codi]

La Via Làctia, un cop es va considerar una galàxia espiral ordinària. Els astrònoms van començar a sospitar que la Via Làctia és una galàxia espiral barrada en la dècada de 1990.[22] Les seves sospites van ser confirmades per les observacions del Telescopi Espacial Spitzer en el 2005,[23] va mostrar que la barra central de la galàxia és més gran del que se sospitava.

Exemples cèlebres[modifica | modifica el codi]

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Classificaci
Altres

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Hubble, E. P.. The Realm of the Nebulae. New Haven: Yale University Press, 1936. ISBN 0-300-02500-9. 
  2. D. Mihalas. Galactic Astronomy. W. H. Freeman, 1968. ISBN 978-0-7167-0326-6. 
  3. «Hubble and Galaxy Zoo Find Bars and Baby Galaxies Don't Mix». Science Daily, 16 de gener de 2014.
  4. Ripples in a Galactic Pond, Scientific American, Octubre de 2005
  5. «First GLIMPSE Results on the Stellar Structure of the Galaxy». The Astrophysical Journal Letters, 630, 2, setembre 2005, pàg. L149–L152. arXiv: astro-ph/0508325. Bibcode: 2005ApJ...630L.149B. DOI: 10.1086/491785.
  6. Loveday, J.. «The APM Bright Galaxy Catalogue». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 278, 4, febrer de 1996, pàg. 1025–1048. arXiv: astro-ph/9603040. Bibcode: 1996MNRAS.278.1025L. DOI: 10.1093/mnras/278.4.1025.
  7. Dressler, A.. «Galaxy morphology in rich clusters — Implications for the formation and evolution of galaxies». The Astrophysical Journal, 236, març 1980, pàg. 351–365. Bibcode: 1980ApJ...236..351D. DOI: 10.1086/157753.
  8. "Recent work has shown that the Milky Way and the Andromeda galaxies both possess the unexpected property that their dwarf satellite galaxies are aligned in thin and kinematically coherent planar structures." http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13481.html "The origin of planar dwarf galaxy structures remains unexplained in the standard paradigm of galaxy formation." http://arxiv.org/abs/1406.1799 "This is a big problem that contradicts our standard cosmological models. It challenges our understanding of how the universe works including the nature of dark matter." Geraint F. Lewis quoted in http://phys.org/news/2014-07-mysterious-dwarfs-cosmic-rethink.html "There's a very serious conflict, and the repercussion is we do not seem to have the correct theory of gravity" Pavel Kroupa as quoted in http://phys.org/news/2014-06-universe-dwarf-galaxies-dont-standard.html
  9. Oldest spiral galaxy is a freak of cosmos http://www.zmescience.com/space/oldest-spiral-galaxy-31321/
  10. Gonzalez, Robert T. «Hubble Has Spotted an Ancient Galaxy That Shouldn’t Exist». io9, 19 de juliol de 2012. [Consulta: 10 de setembre de 2012].
  11. «A spiral home to exploding stars». ESA / Hubble [Consulta: 2 abril 2014].
  12. Lin, C. C. «On the spiral structure of disk galaxies». The Astrophysical Journal, 140, agost de 1964, pàg. 646–655. Bibcode: 1964ApJ...140..646L. DOI: 10.1086/147955.
  13. Henbest, Nigel. The Guide to the Galaxy. Cambridge University Press, 1994, p. 74. ISBN 9780521458825. «Lin and Shu showed that this spiral pattern would persist more or less for ever, even though individual stars and gas clouds are always drifting into the arms and out again» 
  14. «Flat as a pancake». ESA/Hubble Picture of the Week [Consulta: 28 de desembre de 2013].
  15. Trujillo, I. «Detection of the Effect of Cosmological Large-Scale Structure on the Orientation of Galaxies». The Astrophysical Journal, 640, 2, 2006, pàg. L111–L114. arXiv: astro-ph/0511680. Bibcode: 2005astro.ph.11680T. DOI: 10.1086/503548.
  16. Alder, Robert. «Galaxies like necklace beads». Astronomy magazine, 2006. [Consulta: 28 de desembre de 2013].
  17. Francis, C.; Anderson, E. «Galactic spiral structure». Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 465, 2111, 2009, pàg. 3425. arXiv: 0901.3503. Bibcode: 2009RSPSA.465.3425F. DOI: 10.1098/rspa.2009.0036.
  18. Freeman, K. C.. «On the Disks of Spiral and so Galaxies». Astrophysical Journal, 160, 1970, pàg. 811. Bibcode: 1970ApJ...160..811F. DOI: 10.1086/150474.
  19. «A loose spiral galaxy». ESA/Hubble Picture of the Week [Consulta: 19 novembre 2012].
  20. http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/star-v1.html
  21. Hubble, E. P.. «A spiral nebula as a stellar system: Messier 33». The Astrophysical Journal, 63, maig de 1926, pàg. 236–274. Bibcode: 1926ApJ....63..236H. DOI: 10.1086/142976.
  22. Chen, W.; Gehrels, N.; Diehl, R.; Hartmann, D.. «On the spiral arm interpretation of COMPTEL 26Al map features». Space Science Reviews, 120, 1996, pàg. 315–316. Bibcode: 1996A&AS..120C.315C.
  23. McKee, Maggie. «Bar at Milky Way's heart revealed». New Scientist, 16 d'agost de 2005 [Consulta: 17 juny 2009].

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Galàxia espiral Modifica l'enllaç a Wikidata