Aceasta intrebare si-a pus-o astronomul irlandez Lord Rosse, in anul 1850, dupa ce a vazut bratele spirale uimitor de frumoase ale galaxiei Messier 51. Desi acum astronomii sunt de acord ca bratele spirale din majoritatea galaxiilor luminoase sunt valuri de densitate, expertii inca se contrazic in privinta modului in care s-au format acestea. Un val de densitate poate fi descris astfel: modul in care stelele dintr-o galaxie sunt adunate un pic mai strans in zona bratelor si raspandite mai rar intre aceste brate. Variatiile de densitate calatoresc in jurul galaxiei, cam la fel cum face o unda sonora prin aer – prin urmare, un brat spiral nu este pur si simplu o concentrare de stele si gaz.
Problema cu originea valurilor de densitate este dificila, deoarece toate miliardele de stele dintr-o galaxie isi exercita fortele gravitationale unele asupra altora. Asa cum putem intelege presiunea dintr-un gaz, fara a fi nevoie sa calculam miscarile moleculelor individuale, la fel putem trata o galaxie ca fiind un “fluid stelar” masiv. Insa, adevarata dificultate rezulta din natura pe distante lungi a fortei gravitationale. Simularile pe calculator au dezvoltat spirale in mod spontan, confirmand faptul ca dinamica gravitationala este un proces fizic important, insa modul in care functioneaza acest proces este greu de inteles, chiar si cu ajutorul unui computer.
Fortele gravitationale si efectele lor
Din fericire, toti oamenii de stiinta sunt de acord cu faptul ca modelul spiralat isi extrage energia gravitationala din campul galaxiei. Forta implacabila a gravitatiei incearca sa atraga stelele dintr-o galaxie mai aproape de centru. Forta gravitationala este echilibrata de miscarea orbitala a unei stele, care, in general, o impiedica sa ajunga mai adanc in interiorul galaxiei. Bratele spirale sunt un fel de catalizator care franeaza miscarea orbitala a anumitor stele, permitandu-le sa se scufunde putin mai aproape de centru. Daca unele stele isi pierd momentul unghiular (momentul cinetic), alte stele trebuie sa-l castige in mod egal si, de fapt, stelele care pierd sunt cele se afla in capatul interior al bratelor spirale, in timp ce stelele care se afla in capatul exterior castiga. Tensiunile gravitationale care decurg din valul de densitate al unei spirale sunt cele care asigura efortul de torsiune.
Stelele care se afla aproape de centrul unei galaxii, care au un moment unghiular mic, isi vor pierde o parte din acest moment unghiular, acesta fiind daruit stelelor aflate mai departe, care aveau deja un moment unghiular mare. Mai mult decat atat, acest proces elibereaza energie – stelele care se afla mai aproape de centrul unei galaxii stau in campul puternic al acestuia, iar galaxia are o putere mai slaba asupra stelelor care sunt impinse catre exterior. Prin urmare, dezvoltarea spiralelor este favorabila din punct de vedere energetic, deoarece ele furnizeaza singurele eforturi de torsiune posibile care permit stelelor sa fie mai strans legate de interiorul galaxiei. Modul exact al formarii bratelor spirale este mai dificil de explicat. Exista cateva teorii concurente, care contin elemente de adevar, insa niciuna dintre aceste teorii nu a fost acceptata pe larg.
In cazul galaxiei Messier 51, majoritatea expertilor sunt de acord ca valurile ridicate de mica galaxie insotitoare sunt probabil responsabile pentru o parte din modelul sau spiralat, insa prea multe galaxii au brate spirale pentru ca acestea sa fie cauzate de asemenea interactiuni. Barele din centrele galaxiilor sunt o alta idee care ar putea conduce la spirale, insa Messier 33 ofera un contraexemplu clar, care indica faptul ca nici barele nu sunt un mecanism universal. Este posibil ca explicatia bratelor spirale sa fie gasita in cele din urma intr-o instabilitate dinamica periodica, dar aceasta idee inca necesita multa munca.
VIDEO:
