Preguntas sobre brazos de galaxias espirales

Tengo 2 preguntas relacionadas con las galaxias espirales.

En primer lugar, ¿cómo se formaron los brazos? ¿Por qué se acumularían las estrellas en esas áreas específicas? Y en segundo lugar, ¿por qué siguen intactos?

Las partes internas de los brazos deben girar más rápidamente que las partes externas, por lo que seguramente se estirarán y ya no se parecerán a los brazos, sino simplemente un disco alrededor del centro galáctico.

En realidad, las estrellas y nebulosas que forman el brazo espiral son solo temporalmente parte de ese brazo espiral. Los brazos espirales son más como ondas de sonido donde las partículas individuales se mueven alrededor de una posición más o menos estacionaria. (Mire, por ejemplo, la animación de ondas longitudinales de Dan Russel , los puntos rojos se mueven un poco hacia la izquierda y hacia la derecha alrededor de una posición estacionaria). El polvo, el gas y las estrellas se mueven hacia o lejos de otro al igual que las ondas longitudinales. Donde el polvo, el gas y las estrellas se unen (y donde, por lo tanto, la densidad aumenta), se pueden ver los brazos espirales a medida que más estrellas están juntas, aumentando el brillo en esa posición en la galaxia.

Además, este efecto aumenta mucho porque la mayor densidad de polvo y gas en el brazo espiral hace que se formen protostars. Las estrellas más brillantes queman su energía tan rápido que dejarán de existir incluso antes de que la onda longitudinal (el brazo espiral) haya pasado. Estas estrellas muy brillantes solo existen durante una pequeña porción de su período orbital alrededor del centro de la galaxia, y solo mientras están en el brazo espiral. La gran mayoría de las estrellas existen mucho más tiempo, pero también son mucho más tenues y contribuyen muy poco al brillo general de la galaxia.

Esto hace que los brazos espirales sean mucho más brillantes que el resto del disco, donde también existen muchas estrellas. Pero estos apenas se pueden ver ya que son mucho más tenues.

Por supuesto, las estrellas no giran en torno a una posición estable en la galaxia (como los puntos rojos en la animación de onda) sino que siguen sus propias órbitas alrededor del centro de la galaxia. A veces un poco más rápido, y a veces un poco más lento dependiendo de la posición en relación con los brazos espirales.

Debido a que los brazos espirales son ondas, no importa que las estrellas cercanas al centro se muevan más rápido que las estrellas en el borde. Simplemente significa que formarán parte del brazo espiral por un período de tiempo más corto.

Para agregar a la excelente respuesta de Dieudonné, me gustaría decir que los brazos espirales solo son realmente prominentes en la parte azul del espectro (las estrellas masivas tienden a ser azules y de corta duración), mientras que en las bandas de ondas infrarrojas, por ejemplo, los brazos espirales solo aparecen como sobredensidades leves de 10-20%.

$^\circ$

La situación de la Vía Láctea no es tan clara, ya que no tenemos una visión externa y medir distancias precisas a objetos dentro de la Vía Láctea es notoriamente difícil. La esperanza es que el satélite Gaia de la ESA nos brinde una imagen más precisa.