Brazos de galaxias espirales

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

• Astronomia

Nos dous últimos artigos utilizamos dous temas que poden ser considerados pequenos detalles da estrutura das galaxias espirales. Pola mesma razón poden ser detalles descoñecidos. Nesta ocasión falamos da mesma estrutura espiral. A pesar de que aínda non se resolveron os problemas da creación de brazos espirales e da dinámica posterior, nos dous últimos anos producíronse noticias tanto no ámbito teórico como no experimental, ás que nos referiremos.

B. Ano anterior Elmergreen e o seu compañeiro, a través de sofisticados programas de computador, estudaron a foto intensificada da galaxia M81 paira obter una imaxe da estrutura que veriamos si a galaxia estivese enfronte. Ademais do M81, tamén procesaron fotografías das galaxias M51 e M100. Como se verá máis adiante, os resultados obtidos con este método confirman a teoría da onda de densidade paira explicar a estabilidade dos brazos espirales. A última versión desta teoría foi publicada en 1989, C. C. Lin, G. Bertin, S. a. Lowe e R. P. Nun artigo asinado por Thurstans. Pero antes de falar destes últimos avances, faremos unha breve análise da xénese e a esencia da teoría.

O obxectivo da teoría é explicar a forma e estabilidade dos brazos espirales, xa que baseándose no movemento da galaxia non poden existir tal e como os coñecemos. O movemento de xiro sobre o seu eixo da galaxia é diferente ao do sólido ríxido. A velocidade angular non é a mesma paira todos os puntos. Salvo nas proximidades do núcleo, a velocidade angular de xiro diminúe a medida que aumenta o radio. Este movemento denomínase xiro diferencial. En consecuencia, si nun momento xerásese un radio formado por materias luminosas, en 200 ou 300 millóns de anos a materia exterior daría una volta, pero ao redor do núcleo dous ou tres. Por tanto, nese tempo estaría constituída a estrutura dunha galaxia espiral típica. Se temos en conta a idade das galaxias, nese tempo formaríase un espiral de máis de dez voltas. Este problema chámase problema de espiral.

C. C. Lin e F. H. In foron os que desenvolveron a primeira formulación da teoría de ondas de densidade (fai máis de 25 anos, B. Baseada nunha idea de Linblad). Segundo esta teoría, os brazos espirales son conxuntos de mates de alta densidade que se desprazan lentamente ao redor do núcleo. Isto non significa que a materia que xera esta alta densidade sexa sempre a mesma. As estrelas e as nubes de po e gas enchen as súas órbitas ao redor do núcleo coa velocidade correspondente. Cando se atopan neste camiño cun brazo, sofren una freada e provocan un aumento da concentración de materia.

Tras cruzar o brazo salguen pola parte dianteira paira acelerar de novo e seguir a viaxe. Os que veñen de atrás ocupan o lugar das estrelas e nubes que pasaron por diante. Paira entender este proceso adóitase comparar co atasco que xera un camión na estrada. O camión e a fila de coches que lle perseguen van amodo, pero os coches que forman esa fila non son os mesmos. Os dianteiros pasan o camión e seguen adiante e por detrás chegan máis coches que forman a fila.

Ademais da freada, as nubes de gas e po sofren una forte compresión ao atoparse co brazo. Esta compresión favorece o proceso de formación das estrelas. Se se abandona o núcleo, todas as estrelas fórmanse en brazos. Entre todos eles, os tipos espectrales 0 e B son os que pon de manifesto a forma dos brazos, xa que grazas á súa gran masa son eles os máis luminosos. A compresión que xera a masa e as elevadas temperaturas interiores fan que as reaccións termonucleares sexan máis efectivas, xerando altas temperaturas e luminosidade (pero tamén cun rápido esgotamento do combustible).

En consecuencia, temos estrelas de curta vida que non teñen tempo de cruzar todo o brazo antes de apagalas. As estrelas de menor masa teñen una vida máis longa e teñen tempo paira virar ao redor da galaxia. O Sol, por exemplo, naceu nun cúmulo estelar fai uns 4.500 millóns de anos, cando una nube de gas entrou nun brazo. Desde entón o Sol escapou daquel cúmulo e virou ao redor do núcleo da galaxia unhas 200 voltas cruzando cada brazo da galaxia tantas veces. Sen dúbida, o efecto das estrelas ao cruzar os brazos é moito menor que o das nubes.

A relación entre a formación de brazos e estrelas descrita anteriormente confirmouse plenamente nos anos 70. Foi entón cando descubriron, a través dos radiotelescopios, as primeiras nubes moleculares xigantes que estaban a crear estrelas nos brazos da nosa galaxia. Estas nubes están formadas maioritariamente por hidróxeno molecular, pero tamén hai pequenas cantidades doutras moléculas como CO e H ₂ Ou. O hidróxeno molecular non emite radiación, pero o CO si excita. A excitación prodúcese por colisións con moléculas de H2. Por tanto, desde o punto de vista da distribución do CO pódense estudar estas enormes nubes moleculares. Una nube que poderiamos tomar como modelo podería ter una masa 10 ⁶ veces maior que a do Sol e probablemente formaríase ao atoparse o gas co brazo. O 30% da masa atópase en proceso de formación de estrelas.

A mellora teórica proposta polos autores antes mencionados predí dúas ondas de densidade que poderían interferir. O modelo teórico, baseado nestas dúas ondas e elaborado mediante computadores, proporciona una estrutura espiral que duraría moitas voltas paira a galaxia. B. Nas fotos procesadas por Elmergreen pódense ver algúns ocos ou cortes nos brazos das galaxias. Estas discontinuidades serían consecuencia da interferencia da cima dunha onda e do val do outro.

Nestes lugares non habería incremento de densidade, e a súa estrela e materia seguiría sen obstáculos deixando un oco no brazo de viaxe. Parece ser que as sesións de Elmergreen C. C. Confirman a teoría de Lin. Outro detalle interesante é que nas fotos ven pequenas bolsas de estrelas que salguen ou crean polos brazos. Estes serían conxuntos de estrelas desviadas pola resonancia das ondas e o seu estudo permitiría aos astrónomos calcular as velocidades de ambas as ondas de densidade.

Con todo, hai un problema fundamental que queda sen resposta: como xurdiron esas ondas de densidade?

EFEMÉRIDES SOL : o 21 de xuño 21 horas en 18 minutos entra en Cancer: Comeza o VERÁN. LÚA Abaixo PLANETAS MERCURIO : está en conxunción superior o 17 de xuño, polo que é invisible. Ao principio de mes á mañá e ao final á noitiña tampouco é fácil velo porque a súa elongación é baixa. VENUS : alcanza o seu elongación máxima (45\n) o día 13. Así que o veremos moi ben cando escurecemos. MARTITZ : a principios de mes elongación lixeiramente maior que a de Venus, pero menor paira o final. O día 23, concretamente, estará a 0,3? ao sur de Venus. Con todo, a súa magnitude é só 1,7. JÚPITER : tamén virará ao redor das outras dúas. O día 17 atópase a 1,2> ao sur de Venus. A súa magnitude é de -1,9. SATURNO : Ao principio do mes temos que esperar una hora despois de que se escureza para que salga, pero ao final do mes aparece case á noitiña ao Leste.