Perguntas sobre braços galácticos em espiral

Eu tenho 2 perguntas relacionadas a galáxias espirais.

Em primeiro lugar, como se formaram os braços? Por que as estrelas se acumulariam nessas áreas específicas? E segundo, por que eles ainda estão intactos?

As partes internas dos braços devem girar mais rapidamente do que as partes externas; assim, certamente, elas se esticarão e não mais parecerão com os braços, mas simplesmente um disco em torno do centro galáctico.

Na verdade, as estrelas e nebulosas que compõem o braço espiral são apenas temporariamente parte desse braço espiral. Braços espirais são mais como ondas sonoras, onde partículas individuais se movem em torno de uma posição mais ou menos estacionária. (Veja, por exemplo, a animação de ondas longitudinais de Dan Russel , os pontos vermelhos se movem um pouco para a esquerda e para a direita em torno de uma posição estacionária). Poeira, gás e estrelas se movem em direção ou se afastam de outras, assim como as ondas longitudinais. Onde poeira, gás e estrelas se aproximam (e onde, portanto, a densidade aumenta), os braços em espiral podem ser vistos à medida que mais estrelas estão próximas, aumentando o brilho nessa posição na galáxia.

Além disso, esse efeito é muito aumentado porque o aumento da densidade de poeira e gás no braço espiral faz com que protoestrelas se formem. As estrelas mais brilhantes queimam sua energia tão rapidamente que deixam de existir mesmo antes que a onda longitudinal (o braço espiral) tenha passado. Essas estrelas muito brilhantes existem apenas por uma pequena parte de seu período orbital ao redor do centro da galáxia, e somente enquanto estão no braço espiral. A grande maioria das estrelas existe por muito mais tempo, mas também é muito mais fraca e contribui pouco para o brilho geral da galáxia.

Isso faz com que os braços espirais fiquem muito mais brilhantes que o resto do disco, onde também existem muitas estrelas. Mas estes dificilmente podem ser vistos, pois são muito mais escuros.

Obviamente, as estrelas não giram em torno de uma posição estável na galáxia (como os pontos vermelhos na animação das ondas), mas seguem suas próprias órbitas ao redor do centro da galáxia. Às vezes, um pouco mais rápido, e às vezes um pouco mais lento, dependendo da posição em relação aos braços em espiral.

Como os braços espirais são ondas, não importa que as estrelas próximas ao centro se movam mais rápido que as estrelas na borda. Significa apenas que eles farão parte do braço espiral por um período mais curto de tempo.

Para acrescentar à excelente resposta de Dieudonné, eu gostaria de dizer que os braços espirais são realmente muito proeminentes na parte azul do espectro (estrelas massivas tendem a ser azuis e têm vida curta), enquanto nas bandas de ondas infravermelhas, por exemplo, braços espirais aparecem apenas como sobre-densidades leves de 10 a 20%.

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A situação para a Via Láctea não é tão clara, pois não temos uma visão externa e medir distâncias precisas para objetos dentro da Via Láctea é notoriamente difícil. A esperança é que o satélite Gaia da ESA nos dê uma imagem mais precisa.