Braços de galàxies espirals

1991/05/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

En els dos últims articles hem utilitzat dos temes que poden ser considerats petits detalls de l'estructura de les galàxies espirals. Per la mateixa raó poden ser detalls desconeguts. En aquesta ocasió parlem de la mateixa estructura espiral. A pesar que encara no s'han resolt els problemes de la creació de braços espirals i de la dinàmica posterior, en els dos últims anys s'han produït notícies tant en l'àmbit teòric com en l'experimental, a les quals ens referirem.

B. Any anterior Elmergreen i el seu company, a través de sofisticats programes d'ordinador, han estudiat la foto intensificada de la galàxia M81 per a obtenir una imatge de l'estructura que veuríem si la galàxia estigués enfronti. A més del M81, també han processat fotografies de les galàxies M51 i M100. Com es veurà més endavant, els resultats obtinguts amb aquest mètode confirmen la teoria de l'ona de densitat per a explicar l'estabilitat dels braços espirals. L'última versió d'aquesta teoria va ser publicada en 1989, C. C. Lin, G. Bertin, S. a. Lowe i R. P. En un article signat per Thurstans. Però abans de parlar d'aquests últims avanços, farem una breu anàlisi de la gènesi i l'essència de la teoria.

L'objectiu de la teoria és explicar la forma i estabilitat dels braços espirals, ja que basant-se en el moviment de la galàxia no poden existir tal com els coneixem. El moviment de gir sobre el seu eix de la galàxia és diferent al del sòlid rígid. La velocitat angular no és la mateixa per a tots els punts. Excepte en les proximitats del nucli, la velocitat angular de gir disminueix a mesura que augmenta el radi. Aquest moviment es denomina gir diferencial. En conseqüència, si en un moment es generés un radi format per matèries lluminoses, en 200 o 300 milions d'anys la matèria exterior faria un volt, però al voltant del nucli dos o tres. Per tant, en aquest temps estaria constituïda l'estructura d'una galàxia espiral típica. Si tenim en compte l'edat de les galàxies, en aquest temps es formaria un espiral de més de deu voltes. Aquest problema es diu problema d'espiral.

C. C. Lin i F. H. In van ser els que van desenvolupar la primera formulació de la teoria d'ones de densitat (fa més de 25 anys, B. Basada en una idea de Linblad). Segons aquesta teoria, els braços espirals són conjunts de mats d'alta densitat que es desplacen lentament al voltant del nucli. Això no significa que la matèria que genera aquesta alta densitat sigui sempre la mateixa. Les estrelles i els núvols de pols i gas omplen les seves òrbites al voltant del nucli amb la velocitat corresponent. Quan es troben en aquest camí amb un braç, sofreixen una frenada i provoquen un augment de la concentració de matèria.

Després d'encreuar el braç surten per la part davantera per a accelerar de nou i seguir el viatge. Els que vénen de darrere ocupen el lloc de les estrelles i núvols que han passat per davant. Per a entendre aquest procés se sol comparar amb l'embús que genera un camió en carretera. El camió i la fila de cotxes que li persegueixen van a poc a poc, però els cotxes que formen aquesta fila no són els mateixos. Els davanters passen el camió i segueixen endavant i per darrere arriben més cotxes que formen la fila.

A més de la frenada, els núvols de gas i pols sofreixen una forta compressió en trobar-se amb el braç. Aquesta compressió afavoreix el procés de formació de les estrelles. Si s'abandona el nucli, totes les estrelles es formen en braços. Entre tots ells, els tipus espectrals 0 i B són els que posen de manifest la forma dels braços, ja que gràcies a la seva gran massa són ells els més lluminosos. La compressió que genera la massa i les elevades temperatures interiors fan que les reaccions termonuclears siguin més efectives, generant altes temperatures i lluminositat (però també amb un ràpid esgotament del combustible).

En conseqüència, tenim estrelles de curta vida que no tenen temps d'encreuar tot el braç abans d'apagar-les. Les estrelles de menor massa tenen una vida més llarga i tenen temps per a girar al voltant de la galàxia. El Sol, per exemple, va néixer en un cúmul estel·lar fa uns 4.500 milions d'anys, quan un núvol de gas va entrar en un braç. Des de llavors el Sol ha escapat d'aquell cúmul i ha girat al voltant del nucli de la galàxia unes 200 voltes encreuant cada braç de la galàxia tantes vegades. Sens dubte, l'efecte de les estrelles en encreuar els braços és molt de menor que el dels núvols.

La relació entre la formació de braços i estrelles descrita anteriorment es va confirmar plenament en els anys 70. Va ser llavors quan van descobrir, a través dels radiotelescopis, els primers núvols moleculars gegants que estaven creant estrelles als braços de la nostra galàxia. Aquests núvols estan formats majoritàriament per hidrogen molecular, però també hi ha petites quantitats d'altres molècules com CO i H ₂ O. L'hidrogen molecular no emet radiació, però el CO sí que excita. L'excitació es produeix per col·lisions amb molècules d'H2. Per tant, des del punt de vista de la distribució del CO es poden estudiar aquests enormes núvols moleculars. Un núvol que podríem prendre com a model podria tenir una massa 10 ⁶ vegades major que la del Sol i probablement es formaria en trobar-se el gas amb el braç. El 30% de la massa es troba en procés de formació d'estrelles.

La millora teòrica proposada pels autors abans esmentats prediu dues ones de densitat que podrien interferir. El model teòric, basat en aquestes dues ones i elaborat mitjançant ordinadors, proporciona una estructura espiral que duraria moltes voltes per a la galàxia. B. En les fotos processades per Elmergreen es poden veure alguns buits o corts als braços de les galàxies. Aquestes discontinuïtats serien conseqüència de la interferència del cim d'una ona i de la vall de l'altre.

En aquests llocs no hi hauria increment de densitat, i la seva estrella i matèria seguiria sense obstacles deixant un buit al braç de viatge. Sembla ser que les sessions d'Elmergreen C. C. Confirmen la teoria de Lin. Un altre detall interessant és que en les fotos es veuen petites bosses d'estrelles que salin o creen pels braços. Aquests serien conjunts d'estrelles desviades per la ressonància de les ones i el seu estudi permetria als astrònoms calcular les velocitats de totes dues ones de densitat.

No obstant això, hi ha un problema fonamental que queda sense resposta: com van sorgir aquestes ones de densitat?

EFEMÈRIDES SOL : el 21 de juny 21 hores en 18 minuts entra en Cancer: Comença l'ESTIU. LLUNA A baix PLANETES MERCURI : està en conjunció superior el 17 de juny, per la qual cosa és invisible. Al principi de mes al matí i al final en fosquejar tampoc és fàcil veure'l perquè la seva elongació és baixa. VENUS : aconsegueix la seva elongació màxima (45\n) el dia 13. Així que ho veurem molt bé quan enfosquim. MARTITZ : a principis de mes elongació lleugerament major que la de Venus, però menor per al final. El dia 23, concretament, estarà a 0,3? al sud de Venus. No obstant això, la seva magnitud és només 1,7. JÚPITER : també girarà entorn de les altres dues. El dia 17 es troba a 1,2> al sud de Venus. La seva magnitud és de -1,9. SATURN : Al principi del mes hem d'esperar una hora després que s'enfosqueixi perquè surti, però al final del mes apareix gairebé en fosquejar a l'est.