כאשר רוב האנשים חושבים על גלקסיות, הם חושבים על גלקסיות ספירליות כמו על גלקסיית שביל החלב שלנו ועל גלקסיית אנדרומדה הסמוכה. במציאות, רק כ- 30% מכל הגלקסיות מכילות מבנה ספירלי. גלקסיות ספירליות יכולות להופיע במגוון סוגים. בדרך כלל הן מופיעות בספירלות גדולות, שיש להן מספר זרועות ברורות, אילו גלקסיות ספירליות מפוארות, שדומות לעתים קרובות ללבות הפרחים, עם "חתיכות" קטנות רבות של זרועות ספירליות שנוספו עליהן. הניסיון להבין כיצד מעוצבים מבנים אלה היא בעיה מתמשכת, שבה עוסקים אסטרונומים תיאורטיים. באמצעות מחשבי-על מודרניים, והרצת סימולציות לתרחישים שונים הצליחו האסטרונומיים לשכפל את מה שנראה בשמים.
באדיבות וויקיפדיה.
התיאוריה המקובלת בנושא הזרועות הספירליות היא מודל גל הצפיפות הספירלי. לפי תיאוריה זו, גלקסיות יוצרות תנע זוויתי משמעותי בכיוון אחד (סיבוב כולל בכיוון אחד). המודל מתחיל באזורים בהם קיימת מסה בכמות גודלה יותר מאשר באזורים אחרים. כמו כל המערכת מסתובבת, אזורים צפופים יותר מצליחים לגדול בעזרת כוח הכבידה, ואילו החומר באזורים בעלי צפיפות נמוכה הולך ומתדלדל. כמו כל גלקסיה שמסתובבת, הסיבוב הדיפרנציאלי גורם לחלקים הפנימיים שלה להשלים סיבוב אחד מהר יותר בהשוואה לזמן של החלקים החיצוניים בגלקסיה. הפרש זה בזמן ההקפה גורם לחומר להופיע במבנה ספירלי. בגלקסיות ספירליות, הזרועות למעשה נעות לאט יותר בהשוואה לחומר הנמצא במקומות הסמוכים לזרועות. המצב דומה לפקק תנועה, שבו רכב איטי בודד קובע את קצב ההתקדמות של כל שאר כלי הרכב המהירים ממנו, אלה חייבים באופן זמני להתעכב בשל פקק התנועה. מנקודת המבט של כוכב בודד המקיף את הגלקסיה, הכוכב יואץ כאשר הוא מתקרב לזרוע – אזור צפוף בעל כוח כבידה רב יותר. כאשר הכוכב עובר את הזרוע הוא מאט, בשל השפעת החומר בזרוע. האצה זו בהתקרבות אל הזרוע והאטה בהתרחקות ממנה גורמת לכוכב להשתהות זמן רב יותר באזור הזרוע, מאשר בחלקים אחרים של מסלולו. על ידי יצירת אזור שבו החומר מתעכב, נוצרת ספירלה שהיא גל צפיפות השומר על צפיפות גבוהה לאורך זמן.
באדיבות וויקיפדיה
מודלים המבוססים על תיאוריה זו מסוגלים לשכפל את צורות הגלקסיות בפועל. בנוסף לשכפול המדויק של מבנה גלקסיות, מודל זה גם מסביר מדוע היווצרות הכוכבים מתרחשת בעיקר בזרועות. כאשר עננים של גז נכנסים לאזורי הזרועות הספירליות, הם נדחסים והדבר מעודד קריסה ויצירת כוכבים. כדי ליצור ספירלות גדולות, יש לשפר את גלי צפיפות הספירלה על ידי השפעות של כוח חיצוני, כגון אינטראקציה כבידתית עם גלקסיה קטנה יותר.
בעוד מודל גל צפיפות ספירלי הוא מודל הנדון בהרחבה בקרב החוקרים, הרי שהוא אינו המודל היחיד ליצירת זרועות ספירליות. המודל המתחרה, הוא המודל הסטוכסטי ליצירת כוכבים. לפי מודל זה עיצוב הזרועות הספירליות נעשה באמצעות גלים הנוצרים מכוכבים חדשים (או גלים שיוצרות סופרנובות), אלה מעודדים היווצרות כוכבים חדשים ומתפשטים במרחבי הדיסק הגלקטי. נתייחס אל כיסי גז ואבק המתמוטטים לכוכבים, בעקבותיהם מתפשטת יצירת הכוכבים למרחבי הדיסק. במהלך חייהם של הכוכבים מסיביים ביותר במערכת זו, ענן של חומר מתפתל ומתחיל ליצור מבנה ספירלה על ידי סיבוב דיפרנציאלי. יצירת הכוכבים משאירה מאחור אזורים בהם החומר צפוף פחות. ככל שכוכבים חדשים ומסיבים ביותר שנוצרו נישאים קדימה ומתחילים להתפוצץ, נוצרים גלי ההלם המפעילים סבב חדש של היווצרות כוכבים בסמוך לאזור המוביל שבו נוצרים הכוכבים. בעוד שמודל זה יכול להסביר בהצלחה מערכות קטנות, במיוחד מערכות לא סדירות, כגון גלקסית ענן מגלן הגדול, הרי שלא סביר להאמין כי מודל זה יכול להסביר את הופעתן של הספירלות בגלקסיות גדולות.
Author: Chris Impey