Galaxii spirale

După ce au stabilit existența altor galaxii, Hubble și alții au început să le observe mai îndeaproape, notând formele, conținutul lor și câteva alte proprietăți au putut măsura. Aceasta a fost o sarcină descurajantă în anii 1920, când obținerea unei singure fotografii sau a unui spectru al unei galaxii putea dura o noapte întreagă de observare neobosită. Astăzi, telescoapele mai mari și detectoarele electronice au făcut această sarcină mai puțin dificilă, deși observarea celor mai îndepărtate galaxii (cele care ne arată universul în fazele sale incipiente) necesită încă un efort enorm.

Primul pas în încercarea de a înțelege un nou tip de obiect este adesea pur și simplu să-l descrie. Amintiți-vă, primul pas în înțelegerea spectrelor stelare a fost pur și simplu să le sortați în funcție de aspect (vezi Analiza luminii stelelor). După cum se dovedește, cele mai mari și luminoase galaxii au una dintre cele două forme de bază: fie sunt mai plate și au brațe spiralate, ca propria noastră Galaxie, fie par a fi eliptice (în formă de dirijabil sau de trabuc). Multe galaxii mai mici, în schimb, au o formă neregulată.

Propria noastră galaxie și galaxia Andromeda sunt galaxii spirale mari, tipice (vezi Figura 26.2). Ele constau dintr-o umflătură centrală, un halou, un disc și brațe spiralate. Materialul interstelar este de obicei răspândit pe discurile galaxiilor spirale. Nebuloase cu emisie strălucitoare și stele fierbinți și tinere sunt prezente, în special în brațele spirale, arătând că încă se formează noi stele. Discurile sunt adesea pline de praf, ceea ce se observă mai ales în acele sisteme pe care le vedem aproape de margine (Figura 26.4).

Figura 26.4 Galaxii spirale. (a) Brațele spiralate ale lui M100, prezentate aici, sunt mai albastre decât restul galaxiei, indicând stele tinere, de masă mare și regiuni de formare a stelelor. (b) Vedem această galaxie spirală, NGC 4565, aproape exact la margine și, din acest unghi, putem vedea praful din planul galaxiei; pare întunecat deoarece absoarbe lumina stelelor din galaxie. (Credit a: modificarea lucrării lui Hubble Legacy Archive, NASA, ESA și Judy Schmidt; b: modificarea lucrării lui „Jschulman555”/Wikimedia)

În galaxiile pe care le vedem cu fața, stelele strălucitoare și nebuloasele de emisie fac ca brațele spiralelor să iasă în evidență ca cele ale unei moriști de vânt. Grupurile de stele deschise pot fi văzute în brațele spiralelor mai apropiate, iar grupurile globulare sunt adesea vizibile în halourile lor. Galaxiile spirale conțin un amestec de stele tinere și bătrâne, la fel ca și Calea Lactee. Toate spiralele se rotesc, iar direcția de învârtire a acestora este de așa natură încât brațele par să lase dâre la fel ca urmele unei bărci pe apă.

Aproximativ două treimi din galaxiile spirale din apropiere au bare de stele în formă de cutie sau de arahide care trec prin centrele lor (Figura 26.5). Având o mare originalitate, astronomii numesc aceste galaxii spirale barate.

Figura 26.5 Galaxie spirală barată. NGC 1300, prezentată aici, este o galaxie spirală barată. Rețineți că brațele spiralate încep la capetele barei. (Credit: NASA, ESA și Echipa Hubble Heritage (STScI/AURA))

După cum am observat în capitolul Galaxia Calea Lactee, galaxia noastră are și o bară modestă (vezi Figura 25.10). Brațele spiralate încep de obicei de la capetele barei. Faptul că barele sunt atât de comune sugerează că sunt de lungă durată; se poate ca majoritatea galaxiilor spirale să formeze o bară la un moment dat în timpul evoluției lor.

Atât în galaxiile spirale barate cât și în cele fără bare, observăm o serie de forme diferite. La o extremă, umflătura centrală este mare și luminoasă, brațele sunt slabe și strâns încolăcite, iar nebuloasele cu emisie strălucitoare și stelele supergigant nu sunt vizibile. Hubble, care a dezvoltat un sistem de clasificare a galaxiilor după formă, a dat acestor galaxii denumirea Sa. Galaxiile de la această extremă pot să nu aibă o structură clară a brațului spiralat, rezultând un aspect asemănător lentilei (uneori sunt denumite galaxii lenticulare). Aceste galaxii par să împărtășească la fel de multe proprietăți cu galaxiile eliptice pe câte au cu galaxiile spirale

La cealaltă extremă, umflătura centrală este mică, iar brațele sunt înfășurate vag. În aceste galaxii Sc, stelele luminoase și nebuloasele cu emisie sunt foarte proeminente. Galaxia noastră și galaxia Andromeda sunt ambele intermediare între cele două extreme. Fotografii ale galaxiilor spirale, care ilustrează diferitele tipuri, sunt prezentate în Figura 26.6, împreună cu galaxiile eliptice pentru comparație.

Figura 26.6 Clasificarea Hubble a galaxiilor. Această figură arată clasificarea originală a galaxiilor a lui Edwin Hubble. Galaxiile eliptice sunt în stânga. În dreapta, puteți vedea formele spirale de bază ilustrate, alături de imagini cu spirale cu bare și fără bare. (Credit: modificarea lucrării lui NASA, ESA)

Părțile luminoase ale galaxiilor spirale par să varieze în diametru de la aproximativ 20.000 la mai mult de 100.000 de ani-lumină. Studii recente au descoperit că există probabil o cantitate mare de material galactic care se extinde cu mult dincolo de marginea aparentă a galaxiilor. Acest material pare a fi un gaz subțire, rece, care este greu de detectat în majoritatea observațiilor.

Din datele observaționale disponibile, masele porțiunilor vizibile ale galaxiilor spirale sunt estimate la 1 miliard până la 1 trilion de sori (10⁹ până la 10¹² M_Soare). Luminozitățile totale ale majorității spiralelor se încadrează în intervalul de la 100 de milioane până la 100 de miliarde de ori luminozitatea Soarelui nostru (10⁸ până la 10¹¹ L_Soare). Galaxia noastră și M31 sunt relativ mari și masive, ca spirale. Există, de asemenea, substanță întunecată considerabilă în și în jurul galaxiilor, așa cum este și în Calea Lactee; deducem prezența sa din cât de repede se mișcă stelele din părțile exterioare ale galaxiei pe orbitele lor.