Spiral- und Scheibengalaxien

Spiral- und Scheibengalaxien sind abgeflachte, rotationsgestützte Systeme, deren gasreiche Scheiben fortlaufende Sternentstehung und die charakteristischen Spiralarme beherbergen.

Definition

Spiral- und Scheibengalaxien sind Galaxien, die von einer abgeflachten, rotationsgestützten Scheibe aus Sternen und Gas dominiert werden, die oft Spiralarme und manchmal einen zentralen Balken aufweisen, in denen die Gaskühlung eine fortlaufende Sternentstehung aufrechterhält.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur galaktischer Scheiben, den Ursprung und die Natur von Spiralarmen einschließlich der Dichtewellentheorie, die Rolle von Balken in Scheibengalaxien, die Beziehung zwischen Leuchtkraft und Rotationsgeschwindigkeit, ausgedrückt durch die Tully-Fisher-Beziehung, und den Zusammenhang zwischen Scheiben und Sternentstehung.

Core questions

• Was ist die dynamische Struktur einer galaktischen Scheibe?
• Was erzeugt Spiralarme, und sind sie langlebige Muster oder transiente Merkmale?
• Wie beeinflussen Balken die Entwicklung von Scheibengalaxien?
• Wie verbindet die Tully-Fisher-Beziehung die Rotation einer Spirale mit ihrer Leuchtkraft?

Key theories

Dichtewellentheorie der Spiralarme

Lin und Shu schlugen vor, dass Spiralarme langlebige Dichtewellen sind, durch die Sterne und Gas hindurchtreten, anstatt feste materielle Strukturen zu sein, was erklärt, wie Arme trotz differentieller Rotation bestehen bleiben.

Die Tully-Fisher-Beziehung

Eine enge Korrelation verbindet die Leuchtkraft einer Spiralgalaxie mit ihrer Rotationsgeschwindigkeit und liefert sowohl einen Entfernungsindikator als auch eine Einschränkung, die leuchtende und dunkle Materie in Scheiben in Beziehung setzt.

Balkengetriebene Scheibenentwicklung

Stellare Balken verteilen den Drehimpuls neu, kanalisieren Gas zum Zentrum und können Pseudobulges aufbauen, was sie zu wichtigen Treibern der säkularen Entwicklung von Scheibengalaxien macht.

Clinical relevance

Scheibengalaxien wie die Milchstraße sind die dominanten Orte der heutigen Sternentstehung, und die Tully-Fisher-Beziehung war ein wichtiges Werkzeug für die extragalaktische Entfernungsskala und eine Sonde für den Dunkle-Materie-Gehalt von Scheiben.

History

Die Beständigkeit von Spiralarmen trotz differentieller Rotation, das sogenannte Wicklungsproblem, motivierte Lin und Shus Dichtewellentheorie von 1964. Die Tully-Fisher-Beziehung von 1977 lieferte Scheiben einen leistungsstarken Entfernungsindikator, während spätere numerische Simulationen die Rollen von Balken und transienten Armen klärten.

Key figures

• Chia-Chiao Lin
• Frank Shu
• Brent Tully
• Alar Toomre

Seminal works

• linshu1964
• tully1977
• binney2008

Frequently asked questions

Wenn Galaxien differentiell rotieren, warum wickeln sich die Spiralarme nicht auf?

Die Dichtewellentheorie löst dieses Wicklungsproblem, indem sie Arme als Wellenmuster behandelt, die langsamer rotieren als die Sterne und das Gas, die durch die Arme strömen, anstatt dauerhaft in ihnen eingeschlossen zu sein.

Sind alle Spiralen gebalkt?

Nein, aber ein großer Teil ist es. Die Milchstraße hat einen Balken, und Untersuchungen zeigen, dass etwa die Hälfte bis zwei Drittel der nahegelegenen Scheibengalaxien einen Balken aufweisen, wobei der Anteil von der Wellenlänge und der Definition abhängt.