Come si formano le spirali galattiche?

Siamo abituati a vedere fotografie di splendide galassie a spirale presenti in tutto l'universo. Ma il meccanismo che porta alla formazione delle spirali non è per niente scontato. Ecco cosa accade in realtà!
In astrofisica le spirali galattiche vengono definite come onde di densità.
Queste onde di densità sono simili a raggi del disco galattico. In queste onde la densità di massa è del 10%/20% maggiore rispetto alle altre zone. Vanno immaginate come delle vere e proprie onde nel disco della galassia.

Quando il materiale interstellare, ruotando attorno alla galassia, si sposta nella regione ad alta densità, viene compresso.
Questa compressione è una delle scintille che innesca la formazione stellare.
Ecco perché le spirali sono piene di stelle, e le stelle più luminose si trovano all'interno, o molto vicino, alla spirale in cui si sono formate.
E sempre per questo motivo le spirali sono le zone più attive della galassia in termini di formazione stellare.

Come si formano le spirali?

Per comprendere l'origine delle onde di densità e quindi delle spirali, bisogna andare alle origini della formazione delle galassie a spirale.

Quando erano molto giovani queste galassie non erano a spirale ma erano semplici galassie a disco.
Questo tipo di galassie era formato da un nucleo più o meno sferico pieno di giovani stelle.
Attorno al nucleo c'era una grande quantità di gas che non era ancora collassato in stelle e si era appiattito a causa della forza centrifuga della galassia, formando il disco.
In quell'epoca nel disco era presente qualche stella ma la maggior parte della massa era ancora in stato gassoso.

In molti di questi dichi si sono formati quelli che i cosmologi chiamano "perturtbatori", ovvero oggetti che orbitavano all'interno del disco con densità molto più alta rispetto al resto dell'ambiente circostante.
I modelli di evoluzione delle spirali sviluppati con simulazioni al computer stimano che questi perturbatori possono essere stati costituiti da nubi molecolari giganti, con masse che andavano da 9,5x105 masse solari in su. Oppure da ammassi stellari massicci, oppure ancora da piccoli buchi neri primordiali.
Le onde di densità hanno avuto origine dalla risonanza di co-rotazione tra questi perturbatori e le stelle o il gas circostanti, che dopo qualche centinaio di anni di corotazione ha portato alla formazione delle spirali.

La rotazione delle spirali

Nella parte interna del disco galattico (più vicina al nucleo), le stelle si muovono più velocemente e si muovono davanti all'onda di densità, venendo quasi spinte da questa.
Ad una certa distanza dal nucleo galattico c'è un confine chiamato "raggio di co-rotazione" in cui le stelle e l'onda di densità si muovono alla stessa velocità.
Mentre nella parte esterna del disco galattico, oltre "il raggio di co-rotazione" le stelle ruotano più lentamente e si trovano dietro all'onda.
Questa differenza di velocità genera la figura della spirale.

La cosa importante da capire in tutto ciò è che le stelle non ruotano attorno alla galassia formando delle spirali. Ma si formano all'interno delle spirali, e poi piano piano si allontanano verso le zone meno densamente popolate.