martedì 1 luglio 2014

Cosa sono i bracci di spirale delle galassie?

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Le galassie a spirale, che rappresentano i ¾ della popolazione dell’Universo, hanno degli stupendi bracci a spirale. Ma cosa sono realmente?
Per scoprirlo partiamo da una semplice osservazione: nei bracci di spirale vi è una densità maggiore del 15-20% di materiale. Questi, quindi, si rendono visibili perché ci sono più stelle e gas che nel resto del disco.
Le stelle nelle galassie non hanno tutte la stessa velocità angolare. Questo significa che un giro completo attorno al centro richiede un periodo diverso a seconda della distanza dal centro.
Si potrebbe pensare, quindi, che il problema sia stato risolto. Per qualche motivo esistono delle concentrazioni di stelle che mano a mano che ruotano con velocità diverse attorno al centro formano i bracci di spirale.
Questo modello, però, ha un piccolo problema: non funziona!
Se i bracci fossero composti sempre dallo stesso materiale, deformato poi dalla rotazione, non potrebbero esistere per più di poche centinaia di milioni di anni. Dopo appena un paio di orbite risulterebbero così distorti da mescolarsi e scomparire.
Poiché osserviamo milioni di galassie a spirale, è impossibile pensare che le stiamo vedendo tutte in quei pochi milioni di anni nei quali mostrano i bracci, se non altro perché basta guardare lontano nello spazio per farlo anche nel tempo e riuscire a scoprire oggetti delle più diverse età.
 
Ma allora, cosa sono e come si creano i bracci di spirale?
Può sembrare assurdo, ma i bracci di spirale non sono altro che delle enormi onde sonore che si propagano in modo indipendente dalla materia sul disco delle galassie a spirale.
In linguaggio più tecnico si definiscono onde di densità, ma il principio fisico alla base della loro formazione è identico a quello che ci consente di sentire il suono qui sulla Terra, con una piccola differenza: stiamo infatti osservando dei mostri estesi per decine di migliaia di anni luce, quindi anche le onde sonore che si sviluppano sono mostri con una lunghezza d’onda di altrettante migliaia di anni luce. 
Di fatto, è impossibile per qualsiasi apparato percepire il suono associato a queste speciali onde sonore, ma questo non rende di certo meno valida la loro esistenza.
L’onda sonora in un disco galattico ha una vita a se stante indipendente dalla materia, per questo motivo non si attorciglia a causa delle diverse velocità di rotazione di gas e stelle.
I bracci di spirale quindi non sono altro che le onde sonore rese visibili dal materiale che si ritrova ad attraversarle. 

Possiamo concepire un tale fenomeno con un paragone molto più familiare. Immaginiamo di percorrere un’autostrada trafficata, ma senza rallentamenti. Poi, si incontra un camion in lento movimento. In questo punto le auto rallentano e si avvicinano, probabilmente formando una coda che una volta superato l’ostacolo si dissolverà.
Il camion è un’onda di densità di una galassia: un punto nel quale il materiale deve rallentare la sua corsa e comprimersi, prima di superare l’ostacolo e riprendere la velocità di crociera originaria.
Una tipica stella impiega qualche milione di anni per percorrere un braccio di spirale, ma l’attraversamento produce degli effetti imprevedibili e importantissimi.
Quando le grandi quantità di gas freddo entrano in un braccio di spirale, sono costrette a comprimersi. Questa compressione innesca dei vivaci processi di formazione stellare, che probabilmente non sarebbero stati possibili senza il calcio iniziale offerto dall’onda di densità.



Non è infatti un caso che all’esterno dei bracci di spirale si rendano visibili ingenti quantità di nebulose oscure, mentre nel mezzo del braccio compaiono brillanti stelle azzurre estremamente giovani e immense distese di nebulose ad emissione.
I bracci a spirale delle galassie sono di fatto coloro che innescano e regolano i processi di formazione stellare, garantendo un ricambio generazionale costante nella popolazione stellare della galassia.
Davvero magnifico!

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