Tanyakan Ethan: Mengapa galaksi spiral begitu longgar dipelintir?

Pikirkan benda-benda terbesar di langit malam, gambar-gambar yang Anda lihat. Ya, tentu saja, mereka benar-benar berbeda - bintang yang sekarat, sisa-sisa supernova, membentuk bintang nebula dan gugus bintang, baik yang lama maupun yang baru - tetapi tidak ada yang mengalahkan keindahan galaksi spiral. Berisi miliaran hingga triliunan bintang, "pulau semesta" ini memperlihatkan struktur yang unik. Strukturnya agak misterius, jika Anda memikirkannya - seperti yang dipikirkan pembaca Greg Rogers:

Yang selalu mengejutkan saya tentang galaksi spiral adalah lengan baju mereka melilit mereka tidak lebih dari setengah galaksi. Karena bagian luar berputar di sekitar nukleus lebih lambat, orang akan berharap menemukan galaksi yang lengannya dililitkan berkali-kali di sekitar nukleus. Apakah alam semesta tidak cukup tua untuk galaksi yang berputar-putar muncul di dalamnya?

Pertimbangkan galaksi spiral yang Anda suka, tetapi mereka semua akan memiliki struktur yang terlihat serupa.















Beberapa lengan spiral memanjang keluar dari inti pusat - biasanya dua hingga empat - membungkus galaksi saat mereka bergerak menjauh dari pusat. Salah satu penemuan fantastis tahun 1970-an, yang bertentangan dengan harapan, adalah bahwa kecepatan bintang-bintang di orbitnya di sekitar galaksi tidak berkurang ketika mereka menjauh dari inti - seperti yang terjadi dengan planet-planet di tata surya yang bergerak dalam orbit. lebih lambat semakin jauh mereka dari pusat. Kecepatan rotasi bintang tetap konstan - ini adalah cara lain untuk mengatakan bahwa kurva rotasi galaksi memiliki profil datar.



Kami mengukur ini dengan mempelajari galaksi-galaksi yang terletak di tepi, dan menghitung apa yang diperlihatkan merah atau biru yang ditunjukkan bintang-bintang sehubungan dengan jaraknya dari pusat galaksi. Dan meskipun kecepatan masing-masing bintang secara praktis tidak berubah, bintang yang terletak dua kali lebih jauh dari pusat berputar dua kali lebih lambat, dan terletak sepuluh kali lebih jauh - sepuluh kali lebih lambat.

Berbekal ini, kita dapat menghitung bahwa untuk galaksi seperti Bima Sakti kita, Matahari membutuhkan 220 juta tahun untuk menyelesaikan satu revolusi di sekitar galaksi. Karena kita berada sekitar 26.000 tahun cahaya dari pusat Galaksi, posisi kita sedikit lebih dekat dari setengah jalan dari pusat ke pinggiran. Ini berarti bahwa sejak galaksi kita berusia sekitar 12 miliar tahun, bintang-bintang luar harus menyelesaikan revolusi penuh hanya 25 kali. Bintang yang terletak persis seperti matahari membuat 54 putaran. Bintang-bintang di dalam lingkaran dengan radius 10.000 tahun cahaya telah menyelesaikan lebih dari 100 revolusi. Dengan kata lain, kita dapat berharap bahwa galaksi berputar seiring waktu, seperti yang ditunjukkan dalam video di bawah ini.



Tetapi seperti yang ditunjukkan foto-foto galaksi, mereka tidak berputar berkali-kali. Dalam kebanyakan kasus, lengan baju bahkan tidak membungkus galaksi sekali pun! Ketika properti galaksi ini pertama kali ditemukan, itu berarti setidaknya sebagai berikut: lengan spiral ini tidak berwujud, ini hanya penampilan. Dan ini benar, terlepas dari apakah galaksi itu terisolasi atau tidak. Tetapi ada hal lain jika Anda perhatikan dengan seksama.



Melihat bintik-bintik merah muda di sepanjang lengan? Mereka muncul di mana ada daerah aktif pembentukan bintang baru. Titik merah muda adalah kelebihan cahaya yang dipancarkan pada panjang gelombang yang sangat spesifik: 656,3 nm. Radiasi ini terjadi ketika bintang-bintang baru membakar cukup terang untuk mengionisasi gas, dan kemudian ketika elektron bersatu kembali dengan proton, atom hidrogen yang baru terbentuk memancarkan cahaya pada frekuensi tertentu, termasuk yang membuat daerah ini berwarna merah muda.

Ini memberitahu kita bahwa lengan-lengan spiral ini terdiri dari daerah-daerah di mana kepadatan material lebih tinggi daripada bagian-bagian lain dari galaksi, dan bahwa bintang bebas masuk dan keluar dari lengan-lengan ini dari waktu ke waktu.

Suatu gagasan yang menjelaskan hal ini telah ada sejak 1964, dan dikenal sebagai teori gelombang kerapatan. Teori menyatakan bahwa lengan baju tetap berada di tempat yang sama sepanjang waktu, sama seperti kemacetan lalu lintas tetap di tempat yang sama. Objek individual (bintang di galaksi, mobil di jalan) dapat bergerak melaluinya, tetapi tentang jumlah objek yang sama setiap saat selalu tetap dalam lalu lintas. Karena itu, lokasi daerah padat tetap tidak berubah.



Fisika prosesnya sederhana: bintang-bintang di daerah tertentu menciptakan gaya gravitasi yang kita terbiasa, dan merekalah yang mempertahankan bentuk spiral. Dengan kata lain, jika kita mulai dengan daerah dengan peningkatan densitas gas dan membiarkan cakram kita berputar, kita akan mendapatkan set awal daerah tempat bintang terbentuk untuk pertama kalinya: lengan proto. Dengan evolusi galaksi, lengan-lengan ini - dan daerah-daerah dengan kepadatan yang meningkat - dipertahankan hanya karena efek gravitasi.

Anehnya, efek ini bekerja dengan baik di hadapan materi gelap yang mengelilingi galaksi dalam bentuk halo raksasa, dan tanpa kehadirannya.


Di sebelah kiri - galaksi tanpa materi gelap, di sebelah kanan - dengan materi gelap

Dan meskipun asumsi pertanyaan Greg salah, karena bintang-bintang luar galaksi bergerak dengan kecepatan yang sama dengan yang ada di dalam, lengan baju tidak pernah benar-benar membungkus, terlepas dari usia galaksi - hanya karena fisika galaksi itu sendiri. Seperti kemacetan lalu lintas, bintang-bintang, gas, dan debu yang terperangkap dalam lengan spiral pada waktu tertentu berada di lingkungan yang lebih padat, dan ketika mereka pecah dari sana, jarak dari mereka ke bintang-bintang lain meningkat - Matahari kita berada pada posisi ini hari ini.

Source: https://habr.com/ru/post/id400801/