Galaksetyper (1): Spiralgalakser

Når vi tenker på galakser, er spiralgalaksene ofte det første vi ser for oss, med sine ikoniske spiralmønstre. Fins det noe vakrere?

Spiralgalakser kjennetegnes ved sine vakre «armer» av stjerner som ligger i et spiralmønster rundt sentrum av galaksen. Vi bor selv i en spiralgalakse, Melkeveigalaksen.

To typer spiralgalakser

Fra innledningen av denne innleggsserien om galaksetyper viste jeg frem Hubbleserien, et klassifiseringssystem for galakser. Her så vi at det finnes to grupper av spiralgalakser: Vanlige spiralgalakser (S) og stavspiralgalakser (SB).

Hubbles klassifiseringssystem, også kjent som «Hubbles stemmegaffel» på grunn av formen. Figur: Wikipedia Commons

Forskjellen på de to typene, er hvordan sentrum av galaksen er formet. Ett eksempel på en vanlig spiralgalakse, er galaksen M74 hvor sentrum av galaksen er mer eller mindre sirkulært:

Spiralgalaksen M74. Bilde: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona

Et ekstremt eksempel på en stavspiralgalakse, er galaksen NGC 1300 hvor sentrum av galaksen ikke er sirkulært, men avlangt – som en stav:

Galakse NGC 1300. Bilde: NASA, ESA, The Hubble Heritage Team STScI/AURA)

Vår egen galakse er faktisk en stavspiralgalakse, men ikke så ekstrem som den her.

Rundt 2/3 av spiralgalaksene som finnes der ute, skal ha slik en stavformet kjernen. Men denne andelen har forandret seg over tid. Da universet var ungt, var det veldig få spiralgalakser som var stavspiralgalakser. Hvorfor har det endret seg? Og hva er egentlig greia med spiralene?

Hvorfor spiraler?

70-80 % av galaksene vi har observert, er spiralgalakser (men vi tror at elliptiske galakser er den dominerende galaksetypen i universet, de er bare ofte veldig mye vanskeligere å få øye på. Mer om dem siden!). Spiralene er jo utrolig fine og sånn, men hvorfor er de egentlig der?

Først er det verdt å merke seg at det finnes massevis av stjerner i det tilsynelatende tomme rommet mellom spiralarmene i en spiralgalakse også. Grunnen til at spiralarmene lyser så sterkt i forhold til områdene i mellom, er fordi det foregår stjernefødsler i stor skala der, og disse unge stjernene er veldig varme og lyssterke, og stjeler dermed all oppmerksomheten. Men stjernene følger faktisk ikke med armene, men passerer gjennom dem, som illustrert i denne videoen (her er armene i ro for å illustrere poenget, men de beveger seg egentlig de også):

(Hvis videoen ikke fungerer i nettlesere din, kan du sjekke ut denne eller bytte til Firefox 😉 )

Så hva er spiralarmene egentlig for noe? De er ikke et fysisk objekt, men tetthetsbølger, som vil si området med høyere tetthet enn ellers i galaksen som beveger på seg. Tetthetsbølgene beveger seg rundt galakseskiven, mens objektene i galaksen beveger seg med andre hastigheter, som er avhengig av hvor langt unna sentrum de er. Når stjerner, støv og gass beveger seg gjennom armene (tetthetsbølgene), vil den høye tettheten i området få gass og støv til å klumpe seg sammen, som fører til lommer med stjernedannelse, som får armene til å lyse. Stjerner, støv og gass vil dessuten bli tiltrukket av den høye tettheten i armene, og vil derfor få høyere hastighet på vei mot armene, og lavere hastighet når de forlater armene, slik at de tilbringer ekstra med tid i armene, som gjør at armene blir så tydelige og fine.

Det neste spørsmålet blir naturligvis: Hvor kommer tetthetsbølgene fra? Det må vel være noe som setter de i gang? Dette har vi ikke så god peiling på, dessverre. Noen hypotester er at det kan skyldes asymmetrier i galaksene fra da de først ble dannet, eller ytre påvirkning fra andre galakser. Det er observert eksempler på begge tilfeller, men det er verre å forklare de galaksene hvor ingen av disse situasjonene synes å være tilstede.

Spiralgalakser kan ha forskjellig antall armer. Rundt 10 % av spiralgalakser har kun to armer, mens 60 % av spiralgalakser har flere armer enn dette. De resterende 30 % har ikke armer som er veldefinerte nok til å si hvor mange det er av dem. Melkeveigalaksen har fire, pluss noen småarmer:

Melkeveigalaksens armer. Solide linjer = observerte armer, prikkete linjer = ekstrapolerte armer. Figur: Wikipedia Commons

Hvorfor staver?

Galaktiske staver blir dannet når stjernenes bane rundt galaksesenteret blir ustabile og begynner å avvike fra deres opprinnelige sirkulære mønstre. Forlengelsen av banen til stjernen vokser seg større med tiden, og banene blir etterhvert «låst» i et bestemt mønster, som danner en stav. Staven vil bli tydeligere og tydeligere etterhvert som flere stjerner går over til elliptiske baner. Med tiden vil de fleste stjernene i sentrum av galaksen finne seg plass i staven.

Men hvorfor blir stjernenes baner i det hele tatt ustabile? Den mest støttede hypotesen sier at banene blir ustabile fordi stjerner med ulike banehastigheter samspiller med hverandre. Stjerner nær sentrum av galaksen går fortere i banene sine enn stjerner som befinner seg lenger ut. Hvis det i tillegg er dannelse av strukturer et sted i galaksen, kan dette føre til mer ustabilitet, som får stjerner til å avvike fra deres faste, sirkulære baner, for deretter å bidra til å danne en stav i sentrum av galaksen.

Tilstedeværelsen av staver kan faktisk brukes til å si noe om modenheten til en galakse. En spiralgalakse som startet livet som en stavløs galakse tidlig i universets historie (se figur A nedenfor), vil danne en stav i kjernen sin når den blir massiv nok.

Datasimulering av utviklingen av en stav. Bokstavene illustrerer da universet var A = 6,2 milliarder år gammel, B = 8,1 milliarder år gammelt, C = 10,6 milliarder år gammelt, D = 13,7 milliarder år gammelt (idag). Figur: E. Athanassoula, LAM

Dette er grunnen til at det er flere stavspiralgalakser i dag enn det var tidlig i universets historie. Staven er en stabil struktur som kan holde seg lenge, og indikerer med andre ord at vi har med en voksen galakse å gjøre.

Staven i sentrum av galaksen har faktisk en nyttig funksjon: Den tvinger store mengder gass innover mot sentrum av galaksen som fyrer opp stjernedannelsen der, og den mater det sentrale supermassive sorte hullet. Staven er derfor viktig for galaksens utvikling.

Et annet pussig faktum om stavspiralgalakser, er at galakser som vi observerer at har utviklet staver nylig, hovedsakelig er små, lette galakser. Større, tyngre galakser har samme andel av staver i dag som de hadde når universet var yngre. Det henger sammen med at dannelsen av stjerner i massive galakser skjer mye raskere enn i mindre massive galakser, som gjør at ustabilitetene kan oppstå raskere, som betyr at staven blir etablert tidligere.

Spiralgalaksenes skjebne

Vi tror at etterhvert som spiralene bruker opp gassen og støvet sitt, og stjernedannelsen roer seg ned, vil spiralstrukturen etterhvert forsvinne og spiralgalaksen vil bli til en elliptisk galakse. Det skal handle om elliptiske galakser i neste innlegg i serien 🙂

Har du en favoritt-spiralgalakse?

* * *

Alle innlegg i serien om galaksetyper:

  1. Spiralgalakser
  2. Elliptiske galakser
  3. Linseformede galakser
  4. Ringgalakser
  5. Irregulære galakser

Hovedbilde: Galaksen M83, NASA, ESA og Hubble Heritage Team (STScI/AURA) ved William Blair (Johns Hopkins University)

Relaterte innlegg

Legg inn en kommentar

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.