Comprendiendo los brazos de las galaxias espirales

Aunque parezca mentira, las causas por las que se desarrollan brazos espirales en cierto tipo de galaxias no está claro. Ciertamente, a las galaxias que los desarrollan las llamamos galaxias espirales. La dinámica entre una galaxia lenticular y una galaxia espiral es bastante similar, siendo el desarrollo de brazos espirales una crucial diferencia, aunque el aplanamiento del disco y la ausencia de un bulbo de grandes dimensiones es característica única de las galaxias espirales, por lo que se puede inferir que las características dinámicas y morfológicas de las galaxias pueden  inducir la producción de brazos espirales.

Galaxia del sombrero. Es de tipo lenticular, con un bulbo de gran dimensión y ausencia de brazos espirales

Galaxia del sombrero. Es de tipo lenticular, con un bulbo de gran dimensión y ausencia de brazos espirales

Un nuevo estudio, mediante simulaciones, considera que el desarrollo de los brazos espirales en las galaxias puede deberse a inhomogeneidades en el disco, el cual rotando alrededor del centro de la galaxia, perturbarían el disco de tal forma que se produce la aparición de los mismos. En contraposición a estudios anteriores, los procesos de formación de los brazos son altamente no lineales, lo cual resulta en una mayor duración en el tiempo de estas estructuras y patrones dinámicos, siendo consistente con los indicios observacionales de dinámica galáctica.

La simulación realizada modeliza la dinámica de 100 millones de partículas estelares bajo interacción gravitatoria y otras fuerzas astrofísicas relacionadas con fluidos astrofísicos. El resultado ha sido que partiendo de un disco rotatorio sin un patrón de brazos, las homogeneidades introducidas como parámetros producen a lo largo de la simulación los característicos brazos de las galaxias espirales. Los resultados, bastante sorprendentes, indican que los brazos espirales se mantienen a sí mismos en la dinámica y perviven durante largos períodos de tiempo.

El origen de los brazos espirales en las galaxias ha sido un duro debate durante las últimas décadas, en las que 2 teorías son las predominantes. La primera es que los brazos se forman por acumulaciones de gas debido a procesos transitorios de la dinámica galáctica, y se van diluyendo con el tiempo, la segunda es que los brazos se forman por la interacción gravitatoria de ciertas acumulaciones de gas en el disco, lo que lleva a la formación de estructuras de mayor densidad que se automantienen por largos períodos de tiempo.

El nuevo resultado de este estudio está a caballo entre las dos teorías, sugiriendo que los brazos pueden formarse como una acumulación de gas, pero que sin embargo esa acumulación es capaz de auto mantenerse por largos períodos de tiempo. Concretamente las nubes de gas no tienen una fuerza interaccional suficiente como para producir la formación de los brazos, sino que estos se forman por procesos transitorios de dinámica galáctica, pero una vez formados si que pueden automantenerse indefinidamente.

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Las estructuras transitorias que he comentado antes se deben a que en el proceso de rotación del disco, ciertas acumulaciones de densidad se crean, apareciendo esas altas densidades como brazos espirales (dibujo anterior). La diferencia crucial de este nuevo modelo es que apareciendo esas estructuras de alta densidad, no se disuelven, sino que se automantienen una vez aparecidas.

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Existen otros problemas adicionales, como son la aparición de las estructuras barradas, de las cuales suelen aparecer los brazos espirales. Todavía queda mucho por andar…

[Referencia: Self-Perpetuating Spiral Arms in Disk Galaxies. Elena D’Onghia, Mark Vogelsberger, Lars Hernquist. 2 Abr 2013. arXiv:1204.0513]

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