Estrutura Espiral

M31 = Andromeda e NGC4314

As observações de nossa própria galáxia podem ser comparadas com observações de outras galáxias que também têm matéria interestelar. Nessas galáxias se vê que as nebulosas gasosas geralmente se encontram distribuídas em uma estrutura espiral. Parece então razoável supor que nossa Galáxia também tem uma estrutura espiral, mas fica muito difícil para nós visualizá-la pois estamos dentro do próprio disco galáctico, e cercados de poeira interestelar, que bloqueia a luz.

No entanto, podemos ter alguma idéia sobre a localização dos braços espirais usando objetos que sejam mapeadores da estrutura espiral. Existem dois tipos básicos de mapeadores: os mapeadores óticos, que são objetos brilhantes como estrelas OB, regiões HII e estrelas cefeidas variáveis, e os mapeadores em rádio. O principal traçador em rádio é a linha de 21cm do hidrogênio neutro. Como o hidrogênio neutro existe em grande abundância na Galáxia, essa linha é observada em todas as direções.

As observações tanto no óptico como no rádio indicavam que nossa Galáxia teria quatro braços espirais principais. O Sol está na borda interna de um braço pequeno chamado "braço de Órion", que contém, entre outros aspectos marcantes, a Nebulosa de Órion. Internamente ao braço de Órion, encontraria-se o braço de Sagitário, e externamente o braço de Perseu. O quarto braço, Norma, parecia estar entre o braço de Sagitário e o centro galáctico, mas é muito difícil de detectar por ter sua emissão misturada à emissão do centro da Galáxia.

Concepção artística de como seria nossa Galáxia se vista de cima, mostrando uma barra, como indicada pelas observações no infravermelho pelo satélite Spitzer [NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)]. As observações de 2008 são consistentes com somente dois braços.

A causa da estrutura espiral ainda não está bem definida. A idéia inicial a respeito disso era de que os braços espirais seriam braços materiais formados pela rotação diferencial. Como o material mais distante do centro tem menor velocidade de rotação do que o mais próximo do centro (movimento kepleriano), uma pequena perturbação no disco naturalmente se espalharia em forma espiral. Então, onde está a falha do modelo? Acontece que as observações de estrelas velhas indicam que a Via Láctea deve ter no mínimo 12 bilhões de anos. Nesse tempo o material nas vizinhanças do Sol já deve ter executado cerca de 20 rotações em torno do centro galáctico, e após 20 rotações, esperar-se-ia que os braços espirais estivessem muito mais enrolados do que as observações indicam.

Frank Shu

Um passo importante no estudo da estrutura espiral foi a teoria de ondas de densidade, desenvolvida por Chia Chiao Lin (1916-) e Frank Hsia-San Shu (1943-) nos anos 1960 (1964, Astrophysical Journal, 140, 646).

A estrutura espiral é suposta como uma variação da densidade do disco em forma de onda, uma onda de compressão com padrão persistente (quasi-estacionário). O padrão espiral gira como um corpo sólido, com uma velocidade angular de aproximadamente metade da velocidade de rotação galáctica, enquanto as estrelas e o gás passam pela onda. O início da onda pode ser causado pela presença de uma perturbação gravitacional externa, como a interação com outra galáxia, ou interna, como a presença de uma barra, e sua duração depende da quantidade de rotação diferencial da galáxia, da dispersão de velocidades [posição da região de corrotação e das resonâncias internas e externas de Bertil Lindblad (1895-1965)] e da força de maré, se existe.

Esta teoria explica de maneira natural porque estrelas jovens, nuvens moleculares e regiões HII são encontradas nos braços espirais. Quando o gás passa pela onda, ele é comprimido fortemente até que a gravitação interna cause o colapso e a formação de estrelas. Durante os 10⁷ anos que leva para o material passar pelo braço espiral, as estrelas mais quentes e massivas (O e B) já terminaram sua evolução, e as regiões HII já desapareceram.