У меня есть 2 вопроса, связанных со спиральными галактиками.
Во-первых, как формировались руки? Почему звезды скапливаются в этих конкретных областях? А во-вторых, почему они до сих пор целы?
Внутренние части рукавов должны вращаться быстрее, чем внешние, поэтому, несомненно, они растянутся и тогда больше не будут напоминать рукава, а будут просто диском вокруг галактического центра.
На самом деле звезды и туманности, составляющие спиральный рукав, лишь временно являются частью этого спирального рукава. Спиральные рукава больше похожи на звуковые волны, когда отдельные частицы движутся вокруг более или менее стационарного положения. (Посмотрите, например, на анимацию продольных волн от Дэна Рассела , красные точки немного двигаются влево и вправо вокруг неподвижного положения). Пыль, газ и звезды движутся навстречу друг другу или от них точно так же, как продольные волны. Там, где пыль, газ и звезды сближаются (и где, следовательно, плотность увеличивается), можно увидеть спиральные рукава, поскольку все больше звезд сближаются друг с другом, увеличивая яркость в этом месте в галактике.
Кроме того, этот эффект значительно усиливается, потому что повышенная плотность пыли и газа в спиральном рукаве вызывает образование протозвезд. Самые яркие звезды так быстро сжигают свою энергию, что прекращают свое существование еще до того, как пройдет продольная волна (спиральный рукав). Эти очень яркие звезды существуют только небольшую часть своего орбитального периода вокруг центра галактики и только пока они находятся в спиральном рукаве. Подавляющее большинство звезд существуют намного дольше, но они также намного тусклее и лишь незначительно влияют на общую яркость галактики.
Это приводит к тому, что спиральные рукава намного ярче, чем остальная часть диска, где также есть много звезд. Но их почти не видно, так как они намного тусклее.
Конечно, звезды не вращаются вокруг стабильного положения в галактике (как красные точки в волновой анимации), а следуют своим собственным орбитам вокруг центра галактики. Иногда немного быстрее, а иногда немного медленнее, в зависимости от положения относительно спиральных рукавов.
Поскольку спиральные рукава представляют собой волны, не имеет значения, что звезды вблизи центра движутся быстрее, чем звезды на краях. Это просто означает, что они будут частью спирального рукава на более короткий период времени.
В дополнение к превосходному ответу Дьедонне я хотел бы сказать, что спиральные рукава действительно заметны только в синей части спектра (массивные звезды, как правило, голубые и недолговечные), в то время как в инфракрасных диапазонах волн, например, спиральные рукава проявляются только в виде легкой избыточной плотности 10-20%.
Некоторые галактики имеют четкие рукава, закрученные почти на 360°. или даже больше ( спирали грандиозного дизайна ), но у большинства спиралей рукава гораздо короче и менее четкие. На самом деле многие галактики имеют только так называемые хлопьевидные спиральные рукава, которые выглядят как короткие отрезки спиральных рукавов по всей галактике, но которые не могут быть связаны вместе в один большой когерентный спиральный узор.
Ситуация с Млечным Путем не так ясна, поскольку у нас нет внешнего обзора, а измерение точных расстояний до объектов внутри Млечного Пути, как известно, затруднено. Есть надежда, что спутник ESA Gaia даст нам более точную картину.
xdze2