Ich habe 2 Fragen zu Spiralgalaxien.
Erstens, wie sind die Arme entstanden? Warum würden sich die Sterne in diesen bestimmten Bereichen ansammeln? Und zweitens, warum sind sie noch intakt?
Die inneren Teile der Arme müssen sich schneller drehen als die äußeren Teile, also würden sie sicherlich gestreckt werden und dann nicht länger Armen ähneln, sondern einfach einer Scheibe um das galaktische Zentrum.
Tatsächlich sind die Sterne und Nebel, die den Spiralarm bilden, nur vorübergehend Teil dieses Spiralarms. Spiralarme ähneln eher Schallwellen, bei denen sich einzelne Partikel um eine mehr oder weniger stationäre Position bewegen. (Schauen Sie sich zum Beispiel die Animation von Longitudinalwellen von Dan Russel an, die roten Punkte bewegen sich etwas nach links und nach rechts um eine stationäre Position herum). Staub, Gas und Sterne bewegen sich wie Longitudinalwellen aufeinander zu oder voneinander weg. Wo Staub, Gas und Sterne dicht beieinander liegen (und wo daher die Dichte zunimmt), können Spiralarme gesehen werden, da mehr Sterne dicht beieinander liegen und die Helligkeit an dieser Position in der Galaxie erhöhen.
Dieser Effekt wird zudem stark verstärkt, da durch die erhöhte Staub- und Gasdichte im Spiralarm Protosterne entstehen. Die hellsten Sterne verbrennen ihre Energie so schnell, dass sie aufhören zu existieren, noch bevor die Longitudinalwelle (der Spiralarm) vorbei ist. Diese sehr hellen Sterne existieren nur für einen kleinen Teil ihrer Umlaufzeit um das Zentrum der Galaxie und nur, während sie sich im Spiralarm befinden. Die große Mehrheit der Sterne existiert viel länger, ist aber auch viel dunkler und trägt nur wenig zur Gesamthelligkeit der Galaxie bei.
Dadurch sind die Spiralarme so viel heller als der Rest der Scheibe, wo auch viele Sterne existieren. Diese sind jedoch kaum zu sehen, da sie viel dunkler sind.
Natürlich drehen sich die Sterne nicht um eine stabile Position in der Galaxie (wie die roten Punkte in der Wellenanimation), sondern folgen ihren eigenen Bahnen um das Zentrum der Galaxie. Je nach Position relativ zu den Spiralarmen mal etwas schneller, mal etwas langsamer.
Da die Spiralarme Wellen sind, spielt es keine Rolle, dass sich Sterne in der Nähe des Zentrums schneller bewegen als die Sterne am Rand. Es bedeutet nur, dass sie für einen kürzeren Zeitraum Teil des Spiralarms sein werden.
Um Dieudonnés ausgezeichnete Antwort zu ergänzen, möchte ich sagen, dass Spiralarme nur im blauen Teil des Spektrums wirklich auffallen (massive Sterne sind in der Regel blau und kurzlebig), während sie beispielsweise in Infrarotwellenbändern Spiralarme sind treten nur als leichte Überdichten von 10-20 % auf.
Einige Galaxien haben eine klare Armwicklung für fast 360 oder sogar mehr ( Grand-Design-Spiralen ), aber die meisten Spiralarme sind viel kürzer und weniger klar. Viele Galaxien haben tatsächlich nur sogenannte flockige Spiralarme, die überall in der Galaxie wie kurze Stücke von Spiralarmen aussehen, aber nicht zu einem großen zusammenhängenden Spiralmuster zusammengefügt werden können.
Die Situation für die Milchstraße ist nicht so klar, da wir keine externe Sicht haben und die Messung genauer Entfernungen zu Objekten innerhalb der Milchstraße notorisch schwierig ist. Die Hoffnung ist, dass der Gaia-Satellit der ESA uns ein genaueres Bild liefern wird.
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