Galaktyki spiralne mają nie jeden, ale dwa całkowicie różne typy ramion spiralnych powstające w całkowicie różny sposób. Autorami tej zaskakującej informacji jest trójka astronomów prezentująca wyniki przeprowadzonych przez siebie badań na odbywającym sie w tym tygodniu Zjeździe AAS w Pasadenie.

Duże, główne ramiona spiralne tworzące spiralny dysk galaktyki są dobrze znane od ponad stulecia. Dawno temu astronomowie uznali, że są one “falami gęstości” gwiazd i gazu utrzymującymi się pod wpływem sił grawitacji w czasie podróży po orbicie galaktycznej. Główne ramiona spiralne zanikają, zbliżając się do centrum galaktyki.

Kiedy Kosmiczny Teleskop Hubble’a zaczął dostarczać bardzo ostrych zdjęć galaktyk, bardzo często było na nich widać wiele zawiłych spiralnych pasm pyłu i gazu rozciągających się aż do jasnej, najbardziej wewnętrznej części jądra galaktyki. Debra Elmegreen, Kate Eberwein z Vassar College i Bruce Elmegreen z IBM Watson Research Center twierdzą, że te delikatne struktury nie powstają pod wpływem sił grawitacyjnych ale są wywoływane ciśnieniem fal akustycznych, czyli dźwięku.

Istotnie, teoretycy przewidzieli możliwość powstawania “akustycznych ramion spiralnych” w rejonach jądra galaktyki, kiedy prędkość dźwięku w przestrzeni międzygwiezdnej zbliża się do prędkości orbitalnej. W takich warunkach ciasne orbity masywnych obłoków gazu powinny losowo wzmacniać ciśnienie przemieszczających się fal, odbijając je w kierunku centrum galaktyki jako pęk spiralnych zawirowań. Trójka astronomów stwierdziła bliskie podobieństwo przewidzianych fal akustycznych do widzianych przez HST delikatnych struktur ozdabiających centra dwóch galaktyk: NGC 4736 i NGC 4450.

Ta teoria może pomóc w wyjaśnieniu starej zagadki. Od dawna astronomowie dziwili się, jak czarne dziury w jądrach aktywnych galaktyk ściągają gaz z ich pozostałej części. W jakiś sposób orbitujący gaz musi tracić swój moment pędu i energię orbitalną i spadać na centrum galaktyki. Taka sytuacja często zdarza się podczas zderzeń galaktyk lub ich mijania się w bliskiej odległości. Powstające wtedy zamieszanie kieruje gaz we wszystkie strony. Co się jednak dzieje w normalnych galaktykach spiralnych? Te, które obserwowali astronomowie, są właśnie takimi przypadkami. Obie nazywane są liniowymi (z ang. LINERs), ponieważ ich centra wykazują silne linie emisyjne gazu, który jest prawdopodobnie ogrzewany podczas spadania na supermasywną czarną dziurę.

Model fal akustycznych może być tym, czego było nam trzeba. Według Bruce’a Elmegreena losowe turbulencje soniczne pojawiające się jako ogólny szum rosną w siłę, formując ramiona spiralne, zauważalne najłatwiej jako struktury odciśnięte w pyle. Najsilniejsze z tych ramion prawdopodobnie niosą ze sobą fale uderzeniowe – soniczne grzmoty. Rezultatem zachodzenia tych zjawisk są duże siły wywoływane przez ciśnienie gazu, rozpraszanie w nim energii oraz utrata momentu pędu prowadzące do równomiernej akrecji w centrum galaktyki, gdzie może znajdować się czarna dziura.

Autor

Marcin Marszałek