Cuvantul “galaxie” a fost derivat din propria noastra galaxie, Calea Lactee, folosind cuvantul grec “gala”, care inseamna lapte. Banda de lumina vizibila pe cerul noptii, care se numeste Calea Lactee, este de fapt planul discului galaxiei noastre. In universul nostru exista numeroase stele si galaxii. Stelele sunt aproape intotdeauna adunate in colectii numite galaxii, impreuna cu gaz, praf si materie intunecata. Galaxiile isi mentin integritatea datorita atractiei gravitationale, iar componentele galactice orbiteaza in jurul unui centru comun care, cel mai probabil, contine o gaura neagra.
Edwin Hubble a stabilit o descriere intensiva a tipurilor de galaxii, insa putem identifica trei tipuri principale: eliptice, spirale si neregulate. Aceste tipuri sunt legate de forma galaxiei. Tipul spirala are brate spirale cu forma de spirale logaritmice aproximative (similara cu forma unei scari in spirala). Bratele spirale ale Caii Lactee, si ale galaxiilor spirala in general, au reprezentat o enigma pentru astrofizicieni, timp de mai multi ani. Cea mai comuna teorie de astazi este ca structura spirala poate fi privita ca o unda de densitate, care se roteste in discul galactic in aproape acelasi fel in care valurile se propaga in ocean. Lin si Shu au fost primii care au aplicat tehnicile mecanicii undelor, pentru a deduce proprietatile undelor de densitate. Acestia au dezvoltat un formalism numit “teoria undei de densitate”.
Undele de densitate si dinamica bratelor spirale
Stelele dintr-o galaxie au o viteza diferentiala, ceea ce inseamna ca o stea aflata mai aproape de centru are o perioada de rotatie mai scurta. Ca si stelele, bratele spirale se rotesc in jurul centrului, dar spre deosebire de stele, fac acest lucru cu o viteza unghiulara constanta. Acest lucru inseamna ca stelele intra si ies din bratele spirale. Pe masura ce gazul din mediul interstelar trece in unda de densitate, acesta devine mai dens, iar asta poate duce la formarea de noi stele. Cele mai fierbinti stele au vieti scurte, astfel incat ele se nasc si mor foarte aproape de unda de densitate. Acesta este motivul pentru care bratele spirale sunt urmarite de cele mai tinere si mai stralucitoare stele.
In interiorul galaxiilor spirala au loc multe procese interesante. Bratele spirale, in special, joaca un rol esential in aceste procese. In afara de faptul ca sunt locatiile principale de formare a stelelor, bratele spirale sunt importante in determinarea densitatii, compozitiei chimice si temperaturii gazului interstelar, precum si a dinamicii stelelor si gazului din interiorul galaxiei. Acesta este motivul pentru care este studiata dinamica bratelor spirale.
Calea Lactee contine aproximativ 300 de miliarde de stele si are o masa totala de aproximativ un trilion de ori mai mare decat masa soarelui. Discul Caii Lactee are diametrul de 100 000 de ani lumina si latimea de 3000 de ani lumina. In plus, exista dovezi care sustin existenta unei bare in centrul galaxiei noastre (o bara este o banda de inalta densitate care porneste din centru si traverseaza mijlocul galaxiei). Structura spirala a galaxiei noastre este impartita in mai multe brate, care sunt numite dupa locatia in care le vedem pe cer (de exemplu, bratul spirala Orion este vazut in apropierea constelatiei Orion). Sistemul nostru solar este situat in bratul Orion, la aproximativ doua treimi din raza discului distanta de centrul sau.
Stelele din bratele spirale
Astazi, niciun astronom nu se mai indoieste ca galaxia noastra este o galaxie spirala. Totusi, unghiul din care o vedem si obscuritatea prafului din discul galactic nu ne permit sa vedem structura si modelul bratelor spirale in mod direct. Acesta este motivul pentru care determinarea proprietatilor bratelor spirale din galaxia noastra este dificila. Cinematica si dinamica bratelor spirale ale Caii Lactee au fost identificate si studiate cu ajutorul locatiilor de nastere a clusterelor deschise – un cluster deschis este un mic grup de stele nascute in acelasi timp intr-un nor molecular si care inca se afla apropiate unele de altele. Deoarece aceste obiecte sunt situate in planul galactic si iau nastere in principal in bratele spirale, ele reprezinta un instrument excelent pentru analizarea dinamicii structurii spirale.
Folosind locurile de nastere ale stelelor si distributia lor de varsta au fost gasite dovezi ale unor modele de viteze multiple. In cazul bratului spiral Carina, s-a constatat ca datele sunt cel mai bine prevazute cu doua modele de viteze: “mai rapid” si “mai lent”. Cu alte cuvinte, bratul Carina consta de fapt in doua brate diferite, care se intampla sa coexiste in aceeasi regiune. In plus, s-a descoperit ca bratul Carina “mai lent” si bratul spiral Perseus se misca probabil cu aceeasi viteza, ceea ce inseamna ca fac parte din acelasi model de unda. Sistemul solar traverseaza unul dintre bratele din acest set la fiecare 140 de milioane de ani. Viteza bratului Orion si viteza bratului Carina “mai rapid” sunt apropiate de viteza sistemului solar in jurul centrului galactic. Intrucat sistemul nostru solar este situat in bratul Orion, acesta va parasi bratul in aproximativ 200 de milioane de ani.
A fost sugerata o posibila conexiune intre deplasarea sistemului solar intr-un brat spirala si climatul Pamantului – in special o conexiune dintre formarea norilor si sosirea unor particule generate in apropierea stelelor aflate pe moarte in atmosfera superioara a Pamantului. Acest lucru poate contribui la intelegerea istoriei climei Pamantului, in afara de faptul ca ne ajuta sa capatam o mai buna intelegere a galaxiei noastre.
