¿como se forman los brazos espirales?

galaxia del sombrero

GALAXIAA unos 520 años luz de distancia se encuentra AB Aurigae, que tiene un disco planetario retorcido. Las espirales que rodean a AB Aurigae son probablemente causadas por planetas bebé que se unen en el polvo que rodea a la joven estrella.ESO/Boccaletti et al.P: ¿Qué causa la formación de brazos espirales en las galaxias? ¿Se forman brazos espirales en otros grupos aplanados de objetos en órbita, como los anillos planetarios y los discos protoestelares?

R: Los brazos espirales en las galaxias pueden formarse por una combinación de procesos. En una galaxia espiral, todo orbita a la misma velocidad, lo que significa que las estrellas y el gas cerca del centro de la galaxia completan una órbita en menos tiempo que los objetos más alejados. Este efecto se denomina rotación diferencial. Así, en el tiempo que tarda una estrella interior en completar una revolución alrededor de su galaxia, una estrella exterior puede haber completado sólo media revolución.

La rotación diferencial genera naturalmente espirales a medida que la galaxia gira. Las galaxias como la Vía Láctea han girado unas cuantas docenas de veces: normalmente se necesitan 200 millones de años para que toda la galaxia complete una revolución. Si la rotación diferencial fuera el único proceso implicado en la generación de espirales, esperaríamos ver muchos brazos espirales bien envueltos, como una bobina enrollada. Pero la mayoría de las galaxias espirales sólo tienen entre dos y cuatro brazos principales.

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El estudio de la formación estelar en los brazos espirales no sólo nos habla de la evolución de la formación estelar y de las nubes moleculares, sino que también puede informarnos sobre la naturaleza de la estructura espiral de las galaxias. Abordaré ambos temas utilizando los resultados de recientes simulaciones y observaciones. Las simulaciones a escala galáctica están empezando a examinar en detalle la evolución de las nubes moleculares gigantes (GMC) a medida que se forman en los brazos espirales, y luego se dispersan por la retroalimentación estelar o el cizallamiento. La escala temporal global de este proceso parece comparable al tiempo de cruce de las GMC, unos pocos Myrs para las nubes de 105 M⊙, 20 Myr más o menos para las GMC más masivas. Tanto las simulaciones como las observaciones muestran que las nubes masivas se encuentran en los brazos espirales, probablemente como resultado de colisiones entre nubes. Las simulaciones que incluyen estrellas también deberían informarnos sobre la distribución de la edad estelar en las GMC y en los brazos espirales. En términos más generales, los trabajos recientes sobre galaxias espirales sugieren que la dinámica de los flujos de gas en los brazos espirales es diferente en los brazos espirales de larga vida y en los transitorios, lo que da lugar a diferentes patrones de edad en las estrellas. Estos resultados podrían utilizarse para ayudar a establecer el principal impulsor de la estructura espiral en la Vía Láctea (inestabilidades de Toomre, la barra o galaxias compañeras cercanas) junto con futuros estudios. Palabras clave Formación estelarBrazos espiralesModelación

galaxia elíptica

El origen de los brazos espirales de las galaxias no es tan fácil de identificar como se podría pensar en un principio. Al fin y al cabo, lo que sea que crea los brazos espirales debe poder dar cuenta de una gran variedad de estructuras espirales. Algunas galaxias tienen una estructura espiral bien organizada (espirales de gran diseño), mientras que otras son irregulares (espirales floculantes). Los brazos pueden estar estrechamente enrollados alrededor de la galaxia o ser más abiertos. Algunos brazos espirales se originan en el extremo de las barras, otros directamente en el bulbo galáctico.

Se han desarrollado tres modelos principales para explicar el origen de los brazos espirales. El primero es que la estructura espiral se creó de alguna manera con la galaxia y siempre ha existido en esa forma. Desgraciadamente, este modelo tropieza inmediatamente con problemas, ya que las galaxias presentan una rotación diferencial. Si este fuera el modelo correcto, y dadas las edades de las galaxias, todos los brazos espirales deberían haberse enrollado cada vez más hasta el punto de que ya habrían desaparecido. Esto se conoce como el problema del enrollamiento.

galaxia del molinete

Los astrónomos pudieron hacer enormes progresos en la cartografía de la estructura espiral de la Vía Láctea tras el descubrimiento de la línea de 21 cm que proviene del hidrógeno frío (véase Entre las estrellas: gas y polvo en el espacio). Recordemos que el efecto de oscurecimiento del polvo interestelar nos impide ver las estrellas a grandes distancias en el disco en longitudes de onda visibles. Sin embargo, las ondas de radio de 21 cm de longitud de onda atraviesan el polvo, lo que permite a los astrónomos detectar átomos de hidrógeno en toda la Galaxia. Otros estudios más recientes sobre la emisión infrarroja de las estrellas del disco han proporcionado una perspectiva similar de la distribución estelar de nuestra Galaxia, libre de polvo. A pesar de todos estos avances en los últimos cincuenta años, aún estamos empezando a determinar la estructura precisa de nuestra Galaxia.