מקורם, האבולוציה ותכונותיהם של גלקסיות הספירלה

גלקסיות ספירלה הן מהיפות ביותר ובשפע סוגי גלקסיות בקוסמוס. כאשר אמנים מציירים גלקסיות, ספירלות זה מה שהם מדמיינים לראשונה. זה ככל הנראה בשל העובדה כי שביל החלב היא ספירלה; וכך גם גלקסיית אנדרומדה השכנה. הצורות שלהם הן תוצאה של פעילויות אבולוציה גלקטיות ארוכות שהאסטרונומים עדיין עובדים על מנת להבין.

גלקסיות הספירלה מתאפיינות בזרועותיהן הגורפות הנמתחות מהאזור המרכזי בדפוס ספירלי. הם מחולקים לשיעורים בהתבסס על מידת היד הפצועה של הידיים, כאשר ההדוקים מסווגים כ- Sa וכאלה עם הזרועות הפצועות ביותר כמו Sd.

בחלק מהגלקסיות הספירליות יש "בר" העובר במרכזו זרועות הספירלה נמתחות. אלה מסווגים כספירלות מסורגות ועוקבים אחר אותו מודל תת-סיווג כמו גלקסיות ספירלה "רגילות", למעט עם מעצבי SBa - SBd. שביל החלב שלנו הוא ספירלה מסורגת, עם "רכס" עבה של כוכבים וגז ואבק העוברים במרכז הליבה.

חלק מהגלקסיות מסווגות כ- S0. אלה גלקסיות שעבורן אי אפשר לדעת אם קיים "בר".

להרבה גלקסיות ספירליות יש מה שמכונה בליטה גלקטית. זהו ספירואיד עמוס בהרבה כוכבים ומכיל בתוכו א חור שחור סופר מאסיבי שמחבר בין שאר הגלקסיה.

מהצד, ספירלות נראות כמו דיסקים שטוחים עם כדוריות מרכזיות. אנו רואים כוכבים רבים וענני גז ואבק. עם זאת, הם מכילים גם משהו אחר: הילות ענקיות של חומר אפל. "חומר" מסתורי זה בלתי נראה לכל ניסוי שביקש להתבונן בו ישירות. חומר אפל ממלא תפקיד בגלקסיות, שגם היא עדיין נקבעת.

הזרועות הספירליות של הגלקסיות הללו מלאות בהמון כוכבים כחולים צעירים וחמים ועוד יותר גז ואבק (לפי המוני). למעשה, השמש שלנו היא די מוזרה בהתחשב בסוג החברה שהיא מחזיקה באזור זה.

בתוך הבליטה המרכזית של גלקסיות ספירלה עם זרועות ספירלה רופפות יותר (Sc ו- Sd) אוכלוסיית הכוכבים דומה מאוד לזו שבזרועות הספירלה, כוכבים צעירים כחולים לוהטים, אך בצפיפות רבה הרבה יותר.

בחוזים גלקסיות ספירליות עם זרועות הדקות יותר (Sa ו- Sb) נוטות בעיקר לכוכבים ישנים, קרירים ואדומים המכילים מעט מאוד מתכת.

ובעוד שהרוב המוחלט של הכוכבים בגלקסיות הללו נמצאים בתוך מטוס הזרועות הספירליות או הבליטה, קיים הילה סביב הגלקסיה. בעוד שאזור זה נשלט על ידי חומר אפל, ישנם גם כוכבים ישנים מאוד, בדרך כלל בעלי מתכות נמוכה מאוד, המסתובבים במישור הגלקסיה במסלולי אליפסה מאוד.

היווצרות תווי זרוע ספירלה בגלקסיות נובעת בעיקר מהשפעת הכבידה של החומר בגלקסיה עם גלים עוברים. זה מציב כי בריכות בעלות צפיפות מסה גדולה יותר מאטות ויוצרות "זרועות" כאשר הגלקסיה מסתובבת. כאשר גז ואבק עוברים דרך הזרועות הללו הוא נדחס ליצירת כוכבים חדשים והזרועות מתרחבות בצפיפות המונית נוספת, ומשפרות את האפקט. דגמים עדכניים יותר ניסו לשלב חומר אפל ותכונות אחרות של גלקסיות אלה, בתורת היווצרות מורכבת יותר.

מאפיין נוסף המכונן של גלקסיות הספירלה הוא נוכחותם של חורים שחורים על-מסיביים בליבותיהם. לא ידוע אם כל הגלקסיות הספיראליות מכילות אחת מההרמות הללו, אך יש הר של עדויות עקיפות לכך שלמעשה כל הגלקסיות הללו יכילו אותן בתוך הבליטה.

זה היה למעשה של גלקסיות ספירליות שהציעו לראשונה את האפשרות לחומר אפל. הסיבוב הגלקטי נקבע על ידי האינטראקציות הכבידתיות של ההמונים שנמצאים בתוך הגלקסיה. אולם הדמיות ממוחשבות של גלקסיות ספירליות הראו כי מהירויות הסיבוב שונות מאלה שנצפו.

או שההבנה שלנו בתורת היחסות הכללית הייתה פגומה, או שנמצא מקור אחר להמסה. מאז תורת היחסות נבדק ואומת כמעט בכל המאזניים שהיו עד כה עמידות בפני אתגר.

במקום זאת, מדענים הניחו כי קיים חלקיק שטרם נראה, שאינו מתקשר עם הכוח האלקטרומגנטי - והכי ככל הנראה לא הכוח החזק, ואולי אפילו לא הכוח החלש (אם כי ישנם דגמים שכוללים את המאפיין הזה) - אך הוא אכן מתקשר בכבידה.

נהוג לחשוב שגלקסיות ספירלה מקיימות הילה של חומר אפל; נפח כדורי של חומר אפל המחלחל לכל האזור בגלקסיה וסביבתה.

חומר אפל טרם התגלה ישירות, אך ישנן עדויות תצפיות עקיפות לקיומו. במהלך העשורים הבאים הבאים, ניסויים חדשים צריכים להיות מסוגלים לשפוך אור על התעלומה הזו.

נערך ועודכן על ידי קרולין קולינס פיטרסן.