Opprinnelsen, evolusjonen og egenskapene til spiral galakser

Spiralgalakser er blant de vakreste og rikeligste galaksetyper i kosmos. Når kunstnere tegner galakser, er spiraler det de først visualiserer. Dette skyldes sannsynligvis det faktum at Melkeveien er en spiral; det samme er den nærliggende Andromeda Galaxy. Formene deres er resultatet av lange galaktiske evolusjonsaktiviteter som astronomer fremdeles jobber for å forstå.

Spiralgalakser er preget av sine sveipende armer som strekker seg ut fra det sentrale området i et spiralmønster. De er delt inn i klasser basert på hvor tett armene er såret, med de tetteste klassifisert som Sa og de med de mest løst sårede armer som Sd.

Noen spiralgalakser har en "bar" som går gjennom midten av spiralarmene. Disse er klassifisert som sperrede spiraler og følger den samme underklassifiseringsmodellen som "normale" spiralgalakser, bortsett fra med betegnere SBa - SBd. Vår egen Melkevei er en sperret spiral, med en tykk "ås" av stjerner og gass og støv som passerer gjennom det sentrale kjerne.

Noen galakser er klassifisert som S0. Dette er galakser som det er umulig å si om en "bar" er til stede.

Mange spiralgalakser har det som kalles en galaktisk bule. Dette er en sfæroid spekket med masse stjerner og inneholder i den en supermassivt svart hull som binder sammen resten av galaksen.

Fra siden ser spiraler ut som flate disker med sentrale sfæroider. Vi ser mange stjerner og skyer av gass og støv. Imidlertid inneholder de også noe annet: massive haloer av mørk materie. Dette mystiske "greiene" er usynlig for ethvert eksperiment som har forsøkt å observere det direkte. Mørk materie spiller en rolle i galakser, som også fremdeles blir bestemt.

Spiralarmene til disse galaksene er fylt med mange varme, unge blå stjerner og enda mer gass og støv (etter masse). Faktisk er solen vår en form for merkelig med tanke på hvilken type selskap den holder i denne regionen.

Innenfor den sentrale bula av spiralgalakser med løsere spiralarmer (Sc og Sd) er populasjonen av stjerner veldig lik den i spiralarmene, unge varme blå stjerner, men i mye større tetthet.

I kontrakter har spiralgalakser med strammere armer (Sa og Sb) stort sett gamle, kule, røde stjerner som inneholder veldig lite metall.

Og mens det store flertallet av stjernene i disse galaksene finnes enten i spiralarmene eller bula, er det en glorie rundt galaksen. Mens denne regionen er dominert av mørk materie, er det også veldig gamle stjerner, vanligvis med veldig lav metallisitet, som går i bane rundt galaksenes plan i svært elliptiske baner.

Dannelsen av spiralarmer i galakser skyldes mest gravitasjonseffekten av materiale i galaksen når bølger passerer. Dette antyder at bassenger med større massetetthet bremser ned og danner "armer" når galaksen roterer. Når gass og støv passerer gjennom armene blir det komprimert for å danne nye stjerner og armene utvides i massetetthet ytterligere, noe som forbedrer effekten. Nyere modeller har forsøkt å innlemme mørk materie, og andre egenskaper til disse galaksenes, i en mer kompleks teori om dannelse.

Et annet definerende kjennetegn på spiralgalakser er tilstedeværelsen av supermassive sorte hull ved kjernene deres. Det er ikke kjent om alle spiralgalakser inneholder en av disse behemothene, men det er et fjell av indirekte bevis på at praktisk talt alle slike galakser vil inneholde dem i bula.

Det var faktisk av spiralgalakser som først antydet muligheten for mørk materie. Galaktisk rotasjon bestemmes av gravitasjonsinteraksjonene til massene som er tilstede i galaksen. Men datasimuleringer av spiralgalakser viste at rotasjonshastighetene var forskjellige fra de som ble observert.

Enten var vår forståelse av generell relativitet mangelfull, eller så var en annen kilde til masse tilstede. Siden relativitetsteori har blitt testet og verifisert på praktisk talt alle skalaer som det hittil har vært motstand mot å utfordre det.

I stedet har forskere postulert at det eksisterer en ennå usett partikkel som ikke samvirker med den elektromagnetiske kraften - og de fleste sannsynligvis ikke den sterke styrken, og kanskje ikke engang den svake kraften (selv om noen modeller inkluderer den egenskapen) - men den samhandler gravitasjonskraften.

Det antas at spiralgalakser opprettholder en mørk materie-glorie; et sfærisk volum av mørk materie som gjennomsyrer hele regionen i og rundt galaksen.

Mørk materie har ennå ikke blitt oppdaget direkte, men det er noen indirekte observasjonsbevis for at det eksisterer. I løpet av de neste tiårene skal nye eksperimenter kunne belyse dette mysteriet.

Redigert og oppdatert av Carolyn Collins Petersen.