Questions sur les bras de la galaxie spirale

J'ai 2 questions liées aux galaxies spirales.

Premièrement, comment les armes se sont-elles formées? Pourquoi les étoiles s'accumuleraient-elles dans ces zones spécifiques? Et deuxièmement, pourquoi sont-ils encore intacts?

Les parties intérieures des bras doivent tourner plus rapidement que les parties extérieures, de sorte que sûrement, ils s'étireraient et ne ressembleraient alors plus à des bras, mais simplement à un disque autour du centre galactique.

En fait, les étoiles et les nébuleuses qui composent le bras spiral ne font que temporairement partie de ce bras spiral. Les bras en spirale ressemblent plus à des ondes sonores où des particules individuelles se déplacent dans une position plus ou moins stationnaire. (Regardez par exemple l'animation des ondes longitudinales de Dan Russel , les points rouges se déplacent un peu à gauche et à droite autour d'une position stationnaire). La poussière, le gaz et les étoiles se rapprochent ou s'éloignent les uns des autres tout comme les ondes longitudinales. Là où la poussière, le gaz et les étoiles se rapprochent (et où, par conséquent, la densité augmente), les bras en spirale peuvent être vus comme plus d'étoiles sont proches les unes des autres, augmentant la luminosité à cette position dans la galaxie.

De plus, cet effet est beaucoup plus important car la densité accrue de poussière et de gaz dans le bras spiral provoque la formation de proto-étoiles. Les étoiles les plus brillantes brûlent leur énergie si rapidement qu'elles cesseront d'exister avant même que l'onde longitudinale (le bras spiral) ne soit passée. Ces étoiles très brillantes n'existent que pendant une petite partie de leur période orbitale autour du centre de la galaxie, et seulement pendant qu'elles sont dans le bras spiral. La grande majorité des étoiles existent beaucoup plus longtemps, mais sont également beaucoup plus faibles et ne contribuent que peu à la luminosité globale de la galaxie.

Cela rend les bras en spirale beaucoup plus brillants que le reste du disque, où existent également de nombreuses étoiles. Mais ceux-ci peuvent à peine être vus car ils sont beaucoup plus faibles.

Bien sûr, les étoiles ne tournent pas autour d'une position stable dans la galaxie (comme les points rouges dans l'animation des vagues) mais suivent leurs propres orbites autour du centre de la galaxie. Parfois un peu plus rapide, et parfois un peu plus lent selon la position par rapport aux bras spiraux.

Parce que les bras en spirale sont des vagues, peu importe que les étoiles près du centre se déplacent plus rapidement que les étoiles au bord. Cela signifie simplement qu'ils feront partie du bras en spirale pendant une période de temps plus courte.

Pour ajouter à l'excellente réponse de Dieudonné, je voudrais dire que les bras en spirale ne sont vraiment importants que dans la partie bleue du spectre (les étoiles massives ont tendance à être bleues et de courte durée), tandis que dans les bandes d'ondes infrarouges, par exemple, les bras en spirale n'apparaissent que sous forme de sur-densités légères de 10 à 20%.

Certaines galaxies ont des bras clairs qui s'enroulent sur près de 360 ou même plus ( spirales de grand design ), mais la plupart des bras spiraux sont beaucoup plus courts et moins clairs. De nombreuses galaxies n'ont en fait que des soi-disant bras spiraux floculants , qui ressemblent à de courts bras spiraux dans toute la galaxie, mais qui ne peuvent pas être reliés entre eux en un seul grand motif en spirale cohérent.$^\circ$

La situation pour le Milky n'est pas aussi claire, car nous n'avons pas de vue extérieure et mesurer des distances précises aux objets dans la Voie lactée est notoirement difficile. L'espoir est que le satellite Gaia de l'ESA nous donnera une image plus précise.