Pertanyaan tentang lengan galaksi spiral

Saya punya 2 pertanyaan terkait galaksi spiral.

Pertama, bagaimana bentuk lengan? Mengapa bintang-bintang terakumulasi ke dalam area spesifik itu? Dan kedua, mengapa mereka masih utuh?

Bagian dalam lengan harus berputar lebih cepat daripada bagian luar, jadi pasti akan menjadi melar dan kemudian tidak lagi menyerupai lengan, tetapi hanya sebuah cakram di sekitar pusat galaksi.

Sebenarnya, bintang-bintang dan nebula yang membentuk lengan spiral hanya sementara bagian dari lengan spiral itu. Lengan spiral lebih seperti gelombang suara di mana partikel individu bergerak di posisi yang lebih atau kurang diam. (Lihat misalnya pada animasi gelombang longitudinal dari Dan Russel , titik-titik merah bergerak sedikit ke kiri dan ke kanan di sekitar posisi diam). Debu, gas, dan bintang bergerak menuju atau menjauh dari gelombang longitudinal lainnya. Ketika debu, gas, dan bintang saling berdekatan (dan di mana, oleh karena itu, kepadatannya meningkat), lengan spiral dapat dilihat karena semakin banyak bintang yang berdekatan meningkatkan kecerahan pada posisi itu di galaksi.

Efek ini, lebih jauh, jauh meningkat karena peningkatan kepadatan debu dan gas di lengan spiral menyebabkan protostars terbentuk. Bintang-bintang paling terang membakar energi mereka begitu cepat sehingga mereka tidak akan ada bahkan sebelum gelombang longitudinal (lengan spiral) berlalu. Bintang-bintang yang sangat terang ini hanya ada untuk sebagian kecil dari periode orbitnya di sekitar pusat galaksi, dan hanya ketika mereka berada di lengan spiral. Sebagian besar bintang ada lebih lama, tetapi juga lebih redup dan hanya berkontribusi sedikit pada kecerahan keseluruhan galaksi.

Hal ini menyebabkan lengan spiral menjadi jauh lebih terang daripada sisa disk, di mana juga ada banyak bintang. Tapi ini hampir tidak bisa dilihat karena mereka jauh lebih redup.

Tentu saja, bintang-bintang tidak berputar di sekitar posisi stabil di galaksi (sebagai titik merah dalam animasi gelombang) tetapi mengikuti orbitnya sendiri di sekitar pusat galaksi. Kadang-kadang sedikit lebih cepat, dan kadang-kadang sedikit lebih lambat tergantung pada posisi relatif terhadap lengan spiral.

Karena lengan spiral adalah gelombang, tidak masalah bintang-bintang di dekat pusat bergerak lebih cepat daripada bintang-bintang di tepinya. Itu hanya berarti bahwa mereka akan menjadi bagian dari lengan spiral untuk periode waktu yang lebih singkat.

Untuk menambah jawaban Dieudonné yang sangat baik, saya ingin mengatakan bahwa lengan spiral hanya benar-benar menonjol di bagian biru spektrum (bintang masif cenderung berwarna biru dan berumur pendek), sedangkan dalam gelombang inframerah, misalnya, lengan spiral hanya muncul sebagai kepadatan berlebih yang ringan sebesar 10-20%.

$^\circ$

Situasi untuk Bimasakti tidak begitu jelas, karena kita tidak memiliki pandangan eksternal dan mengukur jarak akurat ke benda-benda di dalam Bimasakti sangat sulit. Harapannya adalah bahwa satelit Gaia ESA akan memberi kita gambaran yang lebih akurat.