¿Por qué giran las galaxias?

Comenzaré con la condición de que soy un científico planetario, no un astrónomo galáctico o cosmólogo. Sin embargo, creo que los detalles del trazo amplio son los mismos para las galaxias que para los planetas y las estrellas.

Todos los objetos que ves en el espacio, incluidas las galaxias, comenzaron como material más difuso que colapsó debido a la gravedad. Entonces, para responder a su pregunta, probablemente debería darle la vuelta. ¿Cuáles son las probabilidades de que se pueda formar una galaxia sin giro? (Ignoraremos el hecho de que el giro es lo que evita que todas las estrellas caigan en un solo punto por el momento). Resulta que las probabilidades de tener exactamente un giro cero son prácticamente cero. Esperas que las cosas tengan cierta cantidad de efectos. No tienen que estar girando rápido, pero el giro cero sería sorprendente. A medida que colapsan, la conservación del momento angular hace que cualquier pequeña cantidad de giro que tengan que hacerse sea más notable. La velocidad angular aumenta, al igual que un patinador tirando de sus brazos.

Esto es realmente algo que puedes ver casi en cualquier momento. Llena un lavabo o una bañera con agua. Déjalo reposar un rato. Tienes aguas tranquilas prácticamente sin giros. Ahora tira del enchufe. ¿Lo que pasa? Obtienes un remolino cuando el agua baja al desagüe. De donde vino eso? El agua no parecía tener ningún giro cuando estaba muy lejos del desagüe, pero aquí nuevamente, las probabilidades de tener un giro exactamente cero son básicamente cero. En promedio, es probable que haya un poco de giro de una forma u otra a menos que haya esperado mucho tiempo y la fricción con el borde del contenedor lo haya detenido. A medida que el agua se mueve hacia el drenaje, la velocidad angular aumenta inversamente proporcional a la distancia desde el drenaje. El resultado es que para cuando llega a una pulgada del drenaje hay un giro significativo.

Lo mismo sucede con todos los objetos astronómicos que se forman a partir de las nubes de gas que se derrumban. Eso incluye galaxias. De hecho, para los objetos astronómicos, debido a que no hay fricción, la cantidad de momento angular determina hasta qué punto las cosas pueden colapsar. Una vez que el giro equilibra el tirón de la gravedad para el interior de la masa, tienes equilibrio.

Se dice que todo gira en el Universo, desde galaxias hasta estrellas y planetas. ¿Pero por qué giran las galaxias?

En las primeras etapas del Universo, las nubes de gas se unieron para formar las estrellas. Estas estrellas fueron atraídas gravitacionalmente entre sí para crear gigantescos cúmulos de estrellas envueltas en nubes de gas. Finalmente, estas agrupaciones de estrellas se unen a través de la atracción de la gravedad y juntas comienzan a girar alrededor de un centro de masa común. Acelerando, la rotación aplasta los cúmulos de estrellas planas formando un disco con una protuberancia en el centro.

Este giro de galaxias continúa incluso después de su formación. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, es una de estas estructuras giratorias y su disco completo de estrellas, gas y polvo gira a unas 168 millas por segundo. Debido a la rotación de nuestra galaxia, nuestro Sistema Solar parece orbitar la galaxia cada 225 millones de años: la última vez que estuvimos en el mismo lugar en nuestra órbita, los dinosaurios apenas comenzaban a aparecer en la Tierra. Todas las galaxias giran sea cual sea su tipo o tamaño.

Referencias

  Artículo: ¿Por qué giran las galaxias?
 Fuente: https://www.spaceanswers.com/astronomy/why-do-galaxies-spin/
 Autor: Jonathan O'Callaghan
 Fecha de publicación: 28 de diciembre de 2012

Bueno, esto puede sonar como una evasión, pero primero debemos mirar la respuesta más simple. No soy un experto en dinámica física, pero intuitivamente entiendo que primero, todos los objetos en el universo están en movimiento con respecto a todos los demás objetos.

Hipotetizar un estado de ‘descanso’ es casi imposible. La energía gravitacional hará que dos (o tres … o diecisiete … u) objetos cambien su dirección de movimiento. Al contrario de lo que algunas personas piensan, esto no significa: colisión. Más de un ‘sistema’ ligado libremente.

El universo primitivo, en la marca de 300,000 años; cuando era lo suficientemente frío como para permitir que se formaran los átomos, había una vorágine de hidrógeno y helio (99%). Las ondas cuánticas en el espacio-tiempo permitieron que la gravedad reuniera este material en ‘grupos’ *

* un término muy técnico … también llamado ‘gobs’. (4.57 gobs forman un grupo)

(Pasemos por alto la parte donde estas inmensas nubes de materia proporcionaron el material para las protoestrellas: esas protoestrellas luego (en breve) se volvieron nova … y criaron una nueva generación, yackity, yack …)

La clave es que la primera y las siguientes estrellas giraron con el eje del prototipo. La gravedad, con el tiempo, estableció un “centro” para la nube ahora llena de estrellas; La actividad continua (novas y agitación por gravedad de la nube) condujo a una forma de disco, con un centro central gravitacional.

¿Estaba girando? Sí … la gravedad, sobre una extensión, puede cambiar las posiciones relativas de todos los objetos, pero no reduce de manera efectiva (a corto plazo **) el movimiento de rotación.

** en realidad, todos los objetos giratorios gastan energía en forma de ‘gravedad propagada’, pero eso lleva mucho, mucho tiempo.

Nacido girando, todavía girando … y, sin duda, todos formados como discos. Se cree que la presencia, ahora, de cúmulos globulares / galaxias se debe a una colisión galáctica.

Permítanme enfatizar la observación natural de que todo, toda la materia, giros grandes y pequeños en un eje. No hay otro estado de la materia a nivel atómico o superior.

Ahora…

Oye, el universo podría estar girando. La única mosca en ese ungüento es la obvia: “¿girando con respecto a qué?” Imagine solo un objeto en el universo; usted, el observador vuela para observar. ¿Está girando? No puedo decirlo, ¿puedes?

Además … ¿qué libro sobre teoría de cuerdas menciona esto? Parece un poco alejado de la teoría de cuerdas, pero ¿qué sé yo?

Madre Gaia: “Pat, Pat, déjame señalar la mosca en TU ungüento. Acabas de decir que la rotación es el orden natural en este cosmos. ¡Entonces supongo que el objeto solitario en ese universo ESTÁ girando! “Pat:” Mamá, déjame pensar “.

Tome una colección aleatoria de masas puntuales, cada una atraída al resto por la gravedad. Póngalos en un software llamado simulación de N cuerpos y deje que la simulación se ejecute. Mira qué pasa.

Bueno … debido a que las masas de puntos se atraen entre sí, comenzarán a, por falta de una palabra mejor, “grupo”. (En realidad, es una buena palabra. Se usa en la literatura profesional.) Pronto, la disposición aleatoria inicialmente homogénea de las masas puntuales se convierte en unos pocos grupos desconectados, con algunas masas puntuales sueltas en el medio.

Ahora esos grupos … no serán perfectamente simétricos. Incluso si un grupo consta de solo dos masas de puntos, es probable que no terminen yendo exactamente el uno hacia el otro. Serán compensados, muy ligeramente. Entonces, en lugar de chocar, fallan y terminan orbitando entre sí.

Por lo tanto, cada uno de estos grupos consistirá en varias masas de puntos en órbitas más o menos aleatorias. Pero el momento angular de estas órbitas no se cancelará exactamente. Con el tiempo, las cosas se calman, a medida que las masas puntuales experimentan encuentros cercanos e intercambian energía e impulso a través de la gravedad mutua. Al final, sea cual sea el momento angular neto del grupo, seguirá siendo dominante.

El momento angular neto total de la simulación permanecería cero en todo momento. Pero un grupo rotará un poco de esta manera, otro un poco de esa manera, y así sucesivamente, al azar.

Ahora, si comenzaras con un conjunto de masas de puntos distribuidas perfectamente simétricamente y no al azar (por ejemplo, en un patrón de cuadrícula), esto no sucedería. De hecho, colapsarían en una o más singularidades. Pero las ecuaciones de la dinámica gravitacional son delicadas. Incluso un pequeño error de redondeo en el decimosexto dígito significativo de un número de coma flotante de doble precisión puede ser suficiente para introducir la aleatoriedad necesaria de modo que al final, en lugar de un patrón regular de singularidades, termines con grupos aleatorios que giran.

Puedo estar equivocado aquí, pero por lo que leo y entiendo, la gravedad. Por supuesto, las galaxias son demasiado masivas para ser giradas solo por la gravedad ahora, pero cuando se formaron por primera vez, eran lo suficientemente pequeñas como para que la gravedad pudiera causar rotación y sin una fuerza opuesta en el vacío del espacio, simplemente continuaron girando.

Por la misma razón, las estrellas giran. Formado por la contratación de masas, es poco probable que las masas estén alineadas en un curso de colisión directa. Entonces comienzan a pasar el uno al otro y … a la órbita.